WO2003044874A2 - Dispositif de commande d'un actuateur piezo-electrique ultrasonore pilote electroniquement, et son procede de mise en oeuvre - Google Patents

Dispositif de commande d'un actuateur piezo-electrique ultrasonore pilote electroniquement, et son procede de mise en oeuvre Download PDF

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Arnaud Dal
Christophe Ripoll
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Renault S.A.S.
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D41/2096—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods
    • H02N2/065—Large signal circuits, e.g. final stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/2068—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the circuit design or special circuit elements
    • F02D2041/2072—Bridge circuits, i.e. the load being placed in the diagonal of a bridge to be controlled in both directions

Definitions

  • the present invention relates to a device for controlling electronically controlled ultrasonic piezoelectric actuators, and more particularly piezoelectric stage fuel injectors 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 or the alternator supplies a supply voltage of 12 or 42 volts, which implies increasing this voltage by a DC-DC voltage step-up converter.
  • 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 DC-DC converter, powered by the voltage source, delivering at least one continuous output voltage between two extreme terminals in parallel of which is connected at least one bridge arm, consisting of two switches in series controllable alternately and the midpoint of which is connected alternately to the two output terminals of the DC ⁇ DC converter via a load consisting of at least one actuator in series with a resonance inductor.
  • the DC-DC converter delivers a single direct output voltage between the two extreme terminals and at least one first bridge arm of the control device, consisting of two bridge switches in series controllable alternately, is connected in parallel to the output voltage, its midpoint being connected, via a load consisting of at least one actuator in series with a resonance inductor, to the midpoint of at least one second arm of bridge, consisting of two alternately controllable bridge switches and mounted in parallel with the first arm.
  • the DC-DC converter delivering a single continuous output voltage
  • the control device comprises a first bridge arm, consisting of two alternately controllable switches and connected in parallel to the output terminals of the converter, and whose midpoint is connected to the midpoint of a second bridge arm, - consisting of two alternately controllable switches and mounted in parallel with the first arm, via a load comprising four actuators in parallel, connected alternately to a resonance inductor.
  • the DC-DC converter delivering a single continuous output voltage
  • the control device comprises at least a first bridge arm, consisting of two alternately controllable switches, and at least two second bridge arms each consisting of two alternately controllable switches and mounted in parallel with the first arm between the two extreme terminals of the converter, such that the midpoint of each first arm is connected to the midpoint of at least one second arm by means of a load consisting of at least one actuator connected to a resonance inductor.
  • the DC-DC converter delivers two continuous output voltages between a common reference terminal and two extreme terminals in parallel of which is connected at least a first bridge arm, consisting of two alternately controllable switches- dont- le- item middle- is relié- to "the 'terminal'" reference by a load comprising at least one actuator in series with a resonant inductance.
  • the DC-DC converter delivering two continuous output voltages, it comprises four first bridge arms each consisting of two bridge switches (P ⁇ , P 2i ) controllable alternately and mounted in parallel between the two extreme terminals (B. ,, B 2 ), the midpoint (J f ) of which is connected to the reference terminal (B 0 ), by means of a load consisting of an actuator (I,) in series with a resonance inductance (L j ).
  • 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 a first bridge arm and of a second switch of a second bridge 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 position opposite to so as to obtain a sinusoidal voltage across the oscillating circuit formed by said actuator and the associated resonance inductor, these two phases being repeated a determined number of times during the operating time actuation of the actuator to generate a high voltage and high frequency signal on the piezoelectric actuator from the DC voltage source.
  • 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 bridge switch of a first bridge arm and the opening of the second switch, and in a second phase the switching of said two switches in an opposite position so as to obtain a sinusoidal voltage across the terminals of the oscillating circuit formed by said actuator and the associated resonance inductance, these two phases being repeated a determined number of times during the operating time of 5 the actuator to generate a high voltage and high frequency signal 'on the piezoelectric actuator from the DC voltage source.
  • FIGS. 1 to 6 the electronic diagram of several embodiments of a control device according to the invention, according to a first structure to a DC-DC converter delivering a single output voltage
  • Figures 7 to 11 the electronic diagram of several embodiments of a control device according to the invention, according to a second structure to a DC-DC converter delivering two output voltages.
  • 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, i.e. the battery, it offers different topologies for controlling a
  • All the topologies described represent structures with a DC-DC converter supplied by the DC voltage source and delivering one or two continuous output voltages.
  • the control device of a piezoelectric actuator I among 4, i integer varying from 1 to 4, comprises a source B of direct voltage E - a battery for example -, between the terminals of which a DC converter is connected- DC, the terminal (-) of the voltage source being also connected to the electrical ground
  • the terminals B 1 and B 2 may or may not be mounted by floating relative to the battery, and in the examples described terminal B 2 is connected to the terminal (-) of the battery.
  • a first and a second bridge arm each constituted two bridge switches in series, commanded alternatively, P., and P 2 on the one hand and P 3 and P 4 on the other hand, and such that the midpoint J 1 of the first is connected to the midpoint J 2 of the second by a load consisting of at least minus one actuator in series with a resonance inductor L.
  • the diagram represents four piezoelectric ceramic actuators I., I ,, ..., I 4 which are mounted in parallel and, according to a first variant of the first mode of realization, chosen successively thanks to 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 converter 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 a first pair of bridge switches consisting of a first switch P 2 of the first arm and a second switch P 3 of the second arm, thus connecting the midpoint J 1 of the first arm to the terminal B 2 of the converter C and the midpoint J 2 of the second arm at its terminal B Simultaneously, the opening of the second pair formed by the two other switches of said arms is commanded.
  • the voltage v 2 across the resonant circuit consisting of the resonance inductor L and the actuator I, is positive, with a maximum value equal to + V S.
  • the signal commands the opening of the switches P 3 and P 2 and the simultaneous closing of the two switches P 1 and P 4 , thus connecting the midpoint J., of the first arm to the terminal B ⁇ of the converter C and the midpoint J 2 of the second arm at its terminal B 2 .
  • the voltage v 2 across the resonant circuit becomes negative and of maximum value equal to -V s .
  • the voltage v ci at the terminals of the injector I is then a high voltage and high frequency sinusoidal signal, oscillating between a maximum value and a minimum value.
  • the injection computer then successively controls the other injectors 1, mounted in parallel, in the order determined for the operation of a heat engine.
  • the four injectors lj are connected two by two by a relay R 1 and R 2 respectively, each connected to a terminal of a selection switch, and K 2 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 pilot the relays first selection and bridge switches simultaneously to select the injector to be controlled.
  • the computer For the excitation of the injector I. , the computer first of all controls the means of selection of the injector, that is to say the rest of the relay R towards the injector I., while the relay R 2 is in the rest position, as well as the closing, of the switch K 1 and the opening of the switch K 2 - for the purpose of connecting the actuator I., to the resonance inductor L. Then, it simultaneously controls, in a first phase, the closing of the bridge switch P 2 of the first arm and of the bridge switch P 3 of the second arm, while the other switches P., and P 4 are open . In a second phase, the computer controls the switching of the four switches in the reverse position.
  • the voltage v c1 at the terminals of the actuator l. Is a sinusoidal signal oscillating between the extreme values + Vs and -Vs, while the three other injectors receive no voltage.
  • the duration T Ki of closing of each selection switch corresponds to the injection time, which can vary between 100 ⁇ s and 5 ms for a motor with four injectors.
  • the period T Pi of the sinusoidal signal v 2 at the terminals of the oscillating circuit, formed by the actuator and the associated resonance inductance, depends exclusively on the structure of the injectors, the frequency F Pi of resonance varying between 10 kHz and 1 MHz.
  • the relay R 2 is already in the rest position, the excitation of the actuator l 3 is obtained by opening the selection switch, and closing the switch K 2 so that the voltage v 2 across the circuit oscillating constituted by the inductance L and the injector l 3 causes its resonance.
  • the voltage signal v c3 at the terminals of the injector l 3 is a high voltage and high frequency sinusoidal signal between the following instants.
  • the computer controls the tilting of the first relay R 1 to the working position in order to be able to excite the injector l 2 at the next instant.
  • the relay R 1 is switched to the working position while the relay R 2 is always switched to the rest position towards the injector l 3 , and simultaneously the switch K 2 is closed while the switch is open.
  • the switch K 2 is closed while the switch is open.
  • the DC-DC converter delivering a single continuous output voltage V s
  • the control device comprises a first arm, consisting of two bridge switches P., and P 2 in series, alternately controllable, and two 0 second arms each consisting of two bridge switches P 3j , P 4j in series, alternately controllable and mounted in parallel with the first arm between the two extreme terminals B 1 and B 2 of the converter C, j being an integer varying from 1 to 2.
  • the midpoint J of the first arm is connected to the midpoint J 2j of each second arm by means of a load 5 consisting of a group of two actuators I ., and l 2 on the one hand, and l 3 and l 4 on the other hand, each connected to a resonance inductor L 1 and L 2 respectively.
  • the load connecting the two midpoints J 1 of the first arm to J 2j of a second arm consists of a couple 0 of actuators ⁇ and l 2 , l 3 and l 4 , in parallel connected to a relay R 1 ( respectively R 2 , itself connected to an inductance L. ,, respectively L 2 , of resonance.
  • the load connecting the midpoint of the first arm and that of one of the second arms, mounted in parallel, 5 is constituted by two actuators mounted in parallel, I., and l 2 , l 3 and l 4 for example and each connected to a controllable selection switch K ,, i integer varying from 1 to 4, itself connected to an inductor L
  • this control device depends on the injection computer 0 which successively drives the selection relays or switches so that the voltage from the voltage source B allows excitation by a square alternating voltage of the oscillating circuit formed of the injector l, and of the associated resonance inductance controlled by the computer. 5
  • the fourth embodiment shown in FIG. 5, relates to a control device according to the invention, produced by a DC- converter DC delivering a single continuous output voltage V s , which comprises on the one hand a first arm, mounted in parallel between the two extreme terminals B ,, B 2 of the converter and consisting of two bridge switches PP 2 in series, controllable alternately, and the other four second arms, each consisting of two bridge switches in serial "P 7 P 3i 4i respectively integer i varying from 1 to 4.
  • the junction point J, the first arm is connected to midpoint J 2i of a second arm, by means of a load consisting of an actuator l, connected to a load inductor L;
  • the operation of the device is controlled by the injection computer, which, having to excite an actuator I, for example, controls the closing of the switch P 2 of the first arm and that of the switch P n , of the second arm connected to the actuator I,, and simultaneously the opening of the switch P 1 of the first arm and that of the switch P 4i of the second arm in a first phase, then in a second phase reverses the control of said switches, to deliver a excitation voltage at the oscillating circuit consisting of the actuator l j and its associated resonance inductance L ,.
  • the device comprises two first arms, mounted in parallel between the two extreme terminals B 1 ( B 2 of converter C and made up of two bridge switches in series P. ,, P 2 and P., ', P 2 ' controllable alternately, and two second arms, made up of two bridge switches in series P 3 , P 4 and P 3 ', P 4 ' respectively.
  • the injection computer controls - the relay or - the switch corresponding to the actuator to be excited, I., for example, then controls the closing of a bridge switch P 2 of the first arm connecting one terminal of said actuator to terminal B 2 of the converter as well as that of the bridge switch P 3 of the second arm connecting the other terminal of said actuator to terminal B 1 to the converter in a first phase.
  • the control of the switches is reversed to obtain a periodic signal of excitation of the oscillating circuit consisting of the actuator and its resonance inductance.
  • the device for controlling an ultrasonic piezoelectric actuator comprises a DC-DC converter which delivers two continuous output voltages v s1 , v s2 between a common reference terminal B 0 and two terminals B 1 ( B 2 extremes in parallel of which is connected at least one bridge arm, consisting of two alternately controllable switches whose midpoint is connected to the terminal .
  • B 0 of reference by a load comprising at least one actuator in series with a resonance inductance
  • the three terminals B 0 , B. ,, B 2 may or may not be mounted by floating relative to the battery.
  • FIG. 7 shows a first embodiment according to this second structure, according to which the device comprises an arm, consisting of two switches P 1 f 2 in series, controllable alternately and connected in parallel to the extreme terminals B ⁇ , B 2 of the output converter C and whose midpoint J is connected to the reference terminal B 0 by four actuators I, in parallel, i integer varying from 1 to 4, connected alternately in series to a resonance inductor L.
  • the device comprises an arm, consisting of two switches P 1 f 2 in series, controllable alternately and connected in parallel to the extreme terminals B ⁇ , B 2 of the output converter C and whose midpoint J is connected to the reference terminal B 0 by four actuators I, in parallel, i integer varying from 1 to 4, connected alternately in series to a resonance inductor L.
  • each of the four actuators I, - a first terminal of which is connected to the midpoint J " of the arm, is connected by its other terminal to the resonance inductance L by means of a selection switch K; alternately controllable, the other terminal of the inductor L being connected to the reference terminal B 0 of the converter C.
  • a selection switch K alternately controllable, the other terminal of the inductor L being connected to the reference terminal B 0 of the converter C.
  • the four actuators I are connected by two to two controllable relays R j , j varying from 1 to 2, each connected to a selection switch K j which can be controlled alternately, themselves connected to a first terminal of a resonant inductor L, the other terminal of which is connected to the reference terminal B - ⁇ n of the converter C .
  • 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, firstly controls the closing of the selection switch K; corresponding.
  • it simultaneously controls the closing of a first bridge switch P 2 and the opening of the second bridge switch V * , so that the voltage v 2 across the terminals of the oscillating circuit formed by the actuator and the associated inductance is equal to v ⁇ 2
  • a second phase it controls the switching of said switches in the reverse position so that the voltage v 2 is then equal to v s1 .
  • FIG. 9 shows a second embodiment according to this second structure, according to which the device comprises two arms mounted in parallel, each consisting of two bridge switches in series P Vi , f 2j , controllable alternately, the midpoint J of which is connected to the reference terminal B 0 by a load consisting of two actuators l
  • each of the four actuators lj one of which is connected to the midpoint J d 'at least a first arm, is connected by its other terminal to the inductance L j of resonance by means of a selection switch K, controllable .
  • the other terminal of the inductor being connected to the reference terminal B 0 of the converter.
  • the four actuators l ir a first terminal of which is connected to the midpoint J of at least one arm, are connected by two to two controllable relays R j , each connected to a first terminal of a resonance inductor L j , the other terminal of which is connected to the reference terminal B 0 of the converter.
  • the control device comprises four arms each consisting of two bridge switches P Vl , P s in series, controllable alternately and mounted in parallel between the two extreme terminals B. ,, B 2 , the midpoint of which J is connected to the reference terminal B 0 , by means of a load consisting of an actuator l ; in series with an inductance L, of resonance.
  • the selection switches K of the actuators are bidirectionally current controllable, and for this can be produced from two semiconductors mounted 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, monostable type and have a break contact and a work contact.
  • P and P bridge switches if they are placed directly behind the DC-DC converter, they are of the MOSFET, transistor or IGBT type, provided that an anti-parallel diode is provided in the latter case.
  • the load inductance constituting a resonant circuit with an injector is determined so as to give the maximum resonance at the excitation frequency.
  • a second object of the invention is a method of implementing a device for controlling at least one ultrasonic piezoelectric actuator, as described according to the various previous topologies with their operation.
  • the method is characterized in that, for controlling of 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 a first arm and 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 to obtain a sinusoidal voltage across the oscillating circuit formed by said actuator and the associated resonance inductor, these two phases being repeated a determined number of times during the actuator operating time to generate a high voltage and high frequency signal on the piezoelectric actuator from the DC voltage source.
  • the method is characterized in that, for the control of a given actuator, the control computer controls firstly the closing of the selection means connected to said actuator and secondly simultaneously, in a first phase the closing of a first bridge switch of a first arm and opening of the second switch, and in a second phase switching of said two switches in an opposite position so as to obtain a sinusoidal voltage across the terminals of the oscillating circuit formed by said actuator and the associated resonance inductor, these two phases being repeated a determined number of times during the actuator's operating time to generate a sig high voltage and high frequency on the piezoelectric actuator from the DC voltage source.

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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 d'une source de tension continue, caractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur DC-DC, alimenté par la source de tension, délivrant au moins une tension de sortie continue (VS) entre deux bornes extrêmes (B1, B2) en parallèle desquelles est connecté au moins un bras, constitué de deux interrupteurs de pont en série commandables alternativement et dont le point milieu est relié alternativement aux deux bornes de sortie du convertisseur DC-DC par une charge constituée d'au moins un actuateur en série avec une inductance de résonance.

Description

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'actuateurs piézo-électriques ultrasonores pilotés électroniquement, et plus particulièrement d'injecteurs de carburant à étage piézo-électrique pilotés 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 ou l'alternateur fournit une tension d'alimentation de valeur 12 ou 42 volts, ce qui implique d'augmenter cette tension par un convertisseur-élévateur de tension DC-DC.
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 DC-DC, alimenté par la source de tension, délivrant au moins une tension de sortie continue entre deux bornes extrêmes en parallèle desquelles est connecté au moins un bras de pont, constitué de deux interrupteurs en série commandables alternativement et dont le point milieu est relié alternativement aux deux bornes de sortie du convertisseur DC^DC par l'intermédiaire d'une charge constituée d'a moins un actuateur en série avec une inductance de résonance.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le convertisseur DC-DC délivre une tension de sortie continue unique entre les deux bornes extrêmes et au moins un premier bras de pont du dispositif de commande, constitué de deux interrupteurs de pont en série commandables alternativement, est connecté en parallèle sur la tension de sortie, son point milieu étant relié, par l'intermédiaire d'une charge constituée d'au moins un actuateur en série avec une inductance de résonance, au point milieu d'au moins un deuxième bras de pont, constitué de deux interrupteurs de pont commandables alternativement et monté en parallèle avec le premier bras.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le convertisseur DC-DC délivrant une tension de sortie continue unique, le dispositif de commande comporte un premier bras de pont, constitué de deux interrupteurs commandables alternativement et connectés en parallèle aux bornes de sortie du convertisseur, et dont le point milieu est relié au point milieu d'un deuxième bras de pont,- constitué de deux interrupteurs commandables alternativement et montés en parallèles avec le premier bras, par l'intermédiaire d'une charge comprenant quatre actuateurs en parallèle, reliés alternativement à une inductance de résonance.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le convertisseur DC-DC délivrant une tension de sortie continue unique, le dispositif de commande comporte au moins un premier bras de pont, constitué de deux interrupteurs commandables alternativement, et au moins deux deuxièmes bras de pont constitués chacun de deux interrupteurs commandables alternativement et montés en parallèle avec le premier bras entre les deux bornes extrêmes du convertisseur, tels que le point milieu de chaque premier bras est relié au point milieu d'au moins un deuxième bras par l'intermédiaire d'une charge constituée d'au moins un actuateur relié à une inductance de résonance. Selon une autre caractéristique de l'invention, le convertisseur DC-DC délivre deux tensions de sortie continues entre une borne de référence commune et deux bornes extrêmes en parallèle desquelles est connecté au moins un premier bras de pont , constitué de deux interrupteurs commandables alternativement- dont- le- point milieu- est relié- à" la' borne' de" référence par une charge comprenant au moins un actuateur en série avec une inductance de résonance.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le convertisseur DC-DC délivrant deux tensions de sortie continues, il comporte quatre premiers bras de pont constitués chacun de deux interrupteurs de pont (P^, P2i) commandables alternativement et montés en parallèle entre les deux bornes extrêmes (B.,, B2), dont le point milieu (Jf) est relié à la borne (B0) de référence, par l'intermédiaire d'une charge constituée d'un actuateur (I,) en série avec une inductance (Lj) de résonance.
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 d'un premier bras de pont et d'un second interrupteur d'un second bras de pont 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 sinusoïdale aux bornes du circuit oscillant formé par ledit actuateur et l'inductance de résonance associée, 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 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 interrupteur de pont d'un premier bras de pont et l'ouverture du second interrupteur, et dans une seconde phase la commutation desdits deux interrupteurs dans une position inverse de façon à obtenir une tension sinusoïdale aux bornes du circuit oscillant formé par ledit actuateur et l'inductance de résonance associée, ces deux phases étant répétées un nombre déterminé de fois pendant la durée de fonctionnement de 5 l'actuateur pour générer un signal haute tension et haute fréquence' sur l'actuateur piézo-électrique à partir de la source de tension continue.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description de plusieurs modes de réalisation d'un dispositif de 10 commande d'un actionneur piézo-électrique, illustrée par les figures suivantes qui sont : les figures 1 à 6 : le schéma électronique de plusieurs modes de réalisation d'un dispositif de commande selon l'invention, selon une première structure à un convertisseur DC-DC délivrant une tension 15 unique de sortie ; les figures 7 à 11 : le schéma électronique de plusieurs modes de réalisation d'un dispositif de commande selon l'invention, selon une deuxième structure à un convertisseur DC-DC délivrant deux tensions de sortie. 20
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.
25 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, elle propose différentes topologies de dispositif de commande d'un
30 actuateur assurant l'excitation desdites céramiques piézo-électriques, 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.
35. Toutes les topologies décrites représentent des structures avec un convertisseur DC-DC alimenté par la source de tension continue et délivrant une ou deux tensions de sortie continues.
Selon une première structure, le convertisseur DΘ=DC possède" une sortie unique entre deux bornes extrêmes B1 et B2, délivrant une haute tension continue Vs. Comme le montre le schéma de la figure 1 d'un premier mode de réalisation, 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 par exemple -, entre les bornes de laquelle est connecté un convertisseur DC-DC, la borne (-) de la source de tension étant par ailleurs reliée à la masse électrique. Les bornes B1 et B2 peuvent être ou non montées en flottant par rapport à la batterie, et dans les exemples décrits la borne B2 est reliée à la borne (-) de la batterie. Entre les bornes extrêmes B< et B2 du convertisseur C, délivrant une haute tension continue Vs, supérieure à E, sont connectés un premier et un deuxième bras de pont, constitués chacun de deux interrupteurs de pont en série, commandables alternativement, P., et P2 d'une part et P3 et P4 d'autre part, et tels que le point milieu J1 du premier est relié au point milieu J2 du deuxième par une charge constituée d'au moins un actuateur en série avec une inductance de résonance L.
Dans le cas d'un moteur thermique de véhicule automobile nécessitant quatre injecteurs, le schéma représente quatre actuateurs en céramique piézoélectrique I., I,, ..., I4 qui sont montés en parallèle et, selon une première variante du premier mode de réalisation, choisis successivement grâce à un interrupteur de sélection commandable K, monté en série avec chacun d'eux. 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 convertisseur soit connectée précisément à cet injecteur.
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 lj et les interrupteurs de sélection K,, dans le circuit oscillant de l'actuateur. Comme le montre le schéma de la figure 2 selon une seconde variante du premier mode de réalisation, 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 K1 à K4 ont une de leurs bornes reliée à la masse.
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 d'un premier couple d'interrupteurs de pont constitué d'un premier interrupteur P2 du premier bras et d'un second interrupteur P3 du deuxième bras, reliant ainsi le point milieu J1 du premier bras à la borne B2 du convertisseur C et le point milieu J2 du second bras à sa borne B Simultanément est commandée l'ouverture du second couple formé des deux autres interrupteurs desdits bras. Pendant cet intervalle de temps, la tension v2 aux bornes du circuit résonant constitué de l'inductance de résonance L et de l'actuateur I, est positive, de valeur maximale égale à +VS. Puis, dans une deuxième phase, le signal commande l'ouverture des interrupteurs P3 et P2et la fermeture simultanée des deux interrupteurs P1 et P4, reliant ainsi le point milieu J., du premier bras à la borne B< du convertisseur C et le point milieu J2 du second bras à sa borne B2. Ainsi, la tension v2 aux bornes du circuit résonant devient négative et de valeur maximale égale à -Vs. Ces deux phases sont répétées un grand nombre de fois pendant la durée d'injection, entre 100 μs et 8 ms. La tension vci aux bornes de l'injecteur I, est alors un signal sinusoïdal haute tension et haute fréquence, oscillant entre une valeur maximale et une valeur minimale. Le calculateur d'injection commande ensuite successivement les autres injecteurs l, montés en parallèle, dans l'ordre déterminé pour le fonctionnement d'un moteur thermique.
Selon un deuxième mode de réalisation, représenté par le schéma de la figure 3, les quatre injecteurs lj sont reliés deux à deux par un relais R1 et R2 respectivement, reliés chacun à une borne d'un interrupteur de sélection , et K2 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. Pour l'excitation de l'injecteur I.,, le calculateur pilote tout d'abord les moyens de sélection de l'injecteur, soit la mise au repos du relais R vers l'injecteur I., alors que le relais R2 est en position repos, ainsi que la fermeture, de l'interrupteur K1 et l'ouverture de l'interrupteur K2- dans le but de connecter l'actuateur I., à l'inductance L de résonance. Puis, il pilote simultanément, dans une première phase, la fermeture de l'interrupteur de pont P2 du premier bras et de l'interrupteur de pont P3 du deuxième bras, alors que les autres interrupteurs P., et P4 sont ouverts. Dans une seconde phase, le calculateur pilote la commutation des quatre interrupteurs dans la position inverse. Ainsi, la tension vc1 aux bornes de l'actuateur l., est un signal sinusoïdal oscillant entre les valeurs extrêmes +Vs et -Vs , 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 sinusoïdal v2 aux bornes du circuit oscillant, formé par l'actuateur et l'inductance de résonance associée, dépend exclusivement de la structure des injecteurs, la fréquence FPi de résonance variant entre 10kHz et 1 MHz.
. Le relais R2 étant déjà en position repos, l'excitation de l'actuateur l3 est obtenue par ouverture de l'interrupteur de sélection , et la fermeture de l'interrupteur K2 de sorte que la tension v2 aux bornes du circuit oscillant constitué par l'inductance L et l'injecteur l3 provoque sa résonance. Le signal de tension vc3 aux bornes de l'injecteur l3 est un signal sinusoïdal haute tension et haute fréquence entre les instants suivants.
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 le basculement du premier relais R1 en position travail dans le but de pouvoir exciter l'injecteur l2 à l'instant suivant. Ainsi, le relais R1 est basculé vers la position travail alors que le relais R2 est toujours basculé dans la position repos vers l'injecteur l3, et simultanément l'interrupteur K2 est fermé alors que l'interrupteur , est ouvert. Et ainsi de suite pour les quatre actuateurs. Comme précédemment, dans une variante de réalisation il est possible d'inverser la position des actuateurs avec celle des moyens de sélection quand ils ont une double isolation galvanique, de sorte qu'une de leurs bornes est reliée directement à l'inductance.
-5
Selon un troisième mode de réalisation, représenté sur le schéma de la figure 4, le convertisseur DC-DC délivrant une tension de sortie continue Vs unique, le dispositif de commande comporte un premier bras, constitué de deux interrupteurs de pont P., et P2 en série, commandables alternativement, et deux 0 deuxièmes bras constitués chacun de deux interrupteurs de pont P3j, P4j en série, commandables alternativement et montés en parallèle avec le premier bras entre les deux bornes extrêmes B1 et B2 du convertisseur C, j étant un nombre entier variant de 1 à 2. Le point milieu J, du premier bras est relié au point milieu J2j de chaque deuxième bras par l'intermédiaire d'une charge 5 constituée d'un groupe de deux actuateurs I., et l2 d'une part, et l3 et l4 d'autre part, reliés chacun à une inductance de résonance L1 et L2 respectivement.
Dans le cas précis de la figure 4, la charge reliant les deux points milieux J1 du premier bras à J2j d'un deuxième bras, est constituée d'un couple 0 d'actuateurs \ et l2, l3 et l4, en parallèle reliés à un relais R1 ( respectivement R2, connecté lui-même à une inductance L.,, respectivement L2 , de. résonance.
Dans une variante de ce mode de réalisation, la charge reliant le point milieu du premier bras et celui d'un des deuxièmes bras, montés en parallèle, 5 est constituée par deux actuateurs montés en parallèle, I., et l2, l3 et l4 par exemple et reliés chacun à un interrupteur de sélection commandable K,, i entier variant de 1 à 4, connecté lui-même à une inductance L| de résonance.
Le fonctionnement de ce dispositif de commande dépend du calculateur 0 d'injection qui pilote successivement les relais ou les interrupteurs de sélection pour que la tension issue de la source de tension B permette de réaliser l'excitation par une tension alternative carrée du circuit oscillant formé de l'injecteur l, et de l'inductance de résonance associée et piloté par le calculateur. 5
Le quatrième mode de réalisation, représenté sur la figure 5, concerne un dispositif de commande selon l'invention, réalisé par un convertisseur DC- DC délivrant une tension de sortie continue Vs unique, et qui comporte d'une part un premier bras, monté en parallèle entre les deux bornes extrêmes B,, B2 du convertisseur et constitué de deux interrupteurs .de pont P P2 en série, commandables alternativement, et d'autre part quatre deuxièmes bras, constitués chacun de deux interrupteurs de pont en ' sérié" P3i7 P4i respectivement, i entier variant de 1 à 4. Le point milieu J., du premier bras est relié au point milieu J2i d'un deuxième bras, par l'intermédiaire d'une charge constituée d'un actuateur l, relié à une inductance L; de charge.
Le fonctionnement du dispositif est piloté par le calculateur d'injection, qui, devant exciter un actuateur I, par exemple, commande la fermeture de l'interrupteur P2 du premier bras et celle de l'interrupteur Pn, du deuxième bras relié à l'actuateur I, , et simultanément l'ouverture de l'interrupteur P1 du premier bras et celle de l'interrupteur P4i du deuxième bras dans une première phase, puis dans une seconde phase inverse la commande desdits interrupteurs, pour délivrer une tension d'excitation au circuit oscillant constitué de l'actuateur lj et de son inductance de résonance associée L,. Ces deux phases sont répétées un nombre de fois déterminé pendant la durée d'injection.
Selon le cinquième mode de réalisation du dispositif de commande selon l'invention, représenté par le schéma de la figure 6, dans lequel le convertisseur DC-DC délivre toujours une tension de sortie continue Vs unique, le dispositif comporte deux premiers bras, montés en parallèle entre les deux bornes extrêmes B1 ( B2 du convertisseur C et constitués de deux interrupteurs de pont en série P.,, P2 et P.,', P2' commandables alternativement, et deux deuxièmes bras, constitués de deux interrupteurs de pont en série P3, P4 et P3', P4' respectivement. Ces bras sont tels que le point milieu J„ et J12 de chacun des premiers bras est relié au point milieu J21 , respectivement J22 , d'un deuxième bras, par l'intermédiaire d'une charge constituée de deux actuateurs I., et l2 , respectivement l3 et l4 , en parallèle reliés alternativement à une inductance de charge L,, respectivement L2. Selon la figure 6, deux actuateurs sont reliés à une inductance de résonance par un relais, R, ou R2, mais il est possible de les relier par deux interrupteurs de sélection commandables alternativement. Pour des actuateurs ayant une double isolation galvanique, selon une variante de topologie, il est possible d'inverser la position des actuateurs avec celle des moyens de sélection.
_- Pour fonctionner,- le calculateur d'injection- commande- le relais ou- l'interrupteur correspondant à l'actuateur à exciter, I., par exemple, puis commande la fermeture d'un interrupteur de pont P2 du premier bras reliant une borne dudit actuateur à la borne B2 du convertisseur- ainsi que celle de l'interrupteur de pont P3 du second bras reliant l'autre borne dudit actuateur à la borne B1 au convertisseur dans une première phase. Dans une seconde phase, la commande des interrupteurs est inversée pour obtenir un signal périodique d'excitation du circuit oscillant constitué de l'actuateur et de son inductance de résonance. Ces deux phases sont répétées un grand nombre de fois pendant la durée d'injection.
Selon une seconde structure de l'invention, le dispositif de commande d'un actuateur piézo-électrique ultrasonore comporte un convertisseur DC-DC qui délivre deux tensions de sortie continues vs1, vs2 entre une borne B0 de référence commune et deux bornes B1( B2 extrêmes en parallèle desquelles est connecté au moins un bras de pont, constitué de deux Interrupteurs commandables alternativement dont le point milieu est relié à la borne . B0 de référence par une charge comprenant au moins un actuateur en série avec une inductance de résonance. Les trois bornes B0 , B.,, B2 peuvent être ou non montées en flottant par rapport à la batterie.
La figure 7 montre un premier mode de réalisation selon cette seconde structure, selon lequel le dispositif comporte un bras, constitué de deux interrupteurs P1 f2 en série, commandables alternativement et connectés en parallèle aux bornes extrêmes BΛ, B2 de sortie du convertisseur C et dont le point milieu J est relié à la borne B0 de référence par quatre actuateurs I, en parallèle, i entier variant de 1 à 4, reliés alternativement en série à une inductance L de résonance.
Selon la variante de la figure 7, chacun des quatre actuateurs I,-, dont une première borne est reliée au point milieu J" du bras, est connecté par son autre borne à l'inductance L de résonance par l'intermédiaire d'un interrupteur de sélection K; commandable alternativement, l'autre borne de l'inductance L étant reliée à la borne de référence B0 du convertisseur C. Pour des actuateurs ayant une double isolation galvanique, il est possible d'inverser la position des actuateurs avec celle des moyens de sélection.
Selon une autre variante, représentée par le schéma de la figure 8yil est- possible que les quatre actuateurs I,, dont une première borne est reliée au point milieu ~du bras, soient connectés par deux à deux relais commandables Rj , j variant de 1 à 2, reliés chacun à un interrupteur de sélection Kj commandable alternativement, eux-mêmes connectés à une première borne d'une inductance L de résonance dont l'autre borne est reliée à la borne de référence B -Όn du convertisseur C.
Le fonctionnement de ce circuit de commande selon la première variante de la figure 7, est le suivant, en fonction de la commandé des différents interrupteurs. Le signal de commande, envoyé par le calculateur d'injection en vue de l'excitation d'un injecteur I, , pilote tout d'abord la fermeture de l'interrupteur de sélection K; correspondant. Puis dans une première phase, il pilote simultanément la fermeture d'un premier interrupteur de pont P2 et l'ouverture du second interrupteur de pont V* , de sorte que la tension v2 aux bornes du circuit oscillant formé par l'actuateur et l'inductance associée est égale à vε2 , et dans une seconde phase, il pilote la commutation desdits interrupteurs dans la position inverse pour que la tension v2 soit alors égale à vs1. Ces deux phases sont répétées ensuite un grand nombre de fois pendant la durée "d'injection.
La figure 9 montre un deuxième mode de réalisation selon cette seconde structure, selon lequel le dispositif comporte deux bras montés en parallèle, constitués chacun de deux interrupteurs de pont en série PVi, f2j, commandables alternativement, dont le point milieu J est relié à la borne de référence B0 par une charge constituée de deux actuateurs l| en parallèle, reliés alternativement en série à une inductance Lj de résonance, j étant un nombre entier variant de 1 à 2. Dans le cas de cette figure, chacun des quatre actuateurs lj, dont une première borne est reliée au point milieu J d'au moins un premier bras, est connecté par son autre borne à l'inductance Lj de résonance par l'intermédiaire d'un interrupteur de sélection K, commandable. alternativement, l'autre borne de l'inductance étant reliée à la borne de référence B0 du convertisseur.
Selon une variante de ce mode de réalisation, représenté sur la figure 10, les quatre actuateurs lir dont une première borne est reliée au point milieu J d'au moins un bras, sont connectés par deux à deux relais Rj commandables, reliés chacun à une première borne d'une inductance Lj de résonance dont l'autre borne est reliée à la borne de référence B0 du convertisseur.
Selon un troisième mode de réalisation de cette seconde structure, représenté sur la figure 11 , le dispositif de commande comporte quatre bras constitués chacun de deux interrupteurs de pont PVl, Ps en série, commandables alternativement et montés en parallèle entre les deux bornes extrêmes B.,, B2, dont le point milieu J est relié à la borne B0 de référence, par l'intermédiaire d'une charge constituée d'un actuateur l; en série avec une inductance L, de résonance.
Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les interrupteurs de sélection K des actuateurs 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 P, s'ils sont placés directement derrière le convertisseur DC-DC, ils sont du type MOSFET, transistor ou IGBT à condition de prévoir une diode en anti-parallèle dans ce dernier cas.
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.
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, tel que décrit selon les différentes topologies précédentes avec leur fonctionnement.
Selon la première structure du dispositif de commande, dans laquelle le convertisseur DC-DG possède une sortie unique- entre deux bornes extrêmes B1 et B2, délivrant une haute tension continue Vs, le procédé est 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 d'un 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 sinusoïdale aux bornes du circuit oscillant formé par ledit actuateur et l'inductance de résonance associée, 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 la seconde structure du dispositif de commande d'un actuateur piézo-électrique ultrasonore, qui comporte un convertisseur DC-DC délivrant deux tensions de sortie continues vs1, vs2 entre une borne B0 de référence commune et deux bornes B1 f B2 extrêmes, le procédé est 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 interrupteur de pont d'un premier bras et l'ouverture du second interrupteur, et dans une seconde phase la commutation desdits deux interrupteurs dans une position inverse de façon à obtenir une tension sinusoïdale aux bornes du circuit oscillant formé par ledit actuateur et l'inductance de résonance associée, 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.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore, piloté électroniquement à partir d'un calculateur de contrôle d'une source de tension continue, caractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur DC=DC, alimenté" pâf la" source de tension, délivrant au moins une tension de sortie continue (Vs) entre deux bornes extrêmes (Bi, B2) en parallèle desquelles est connecté au moins deux bras de pont, constitués chacun de deux interrupteurs en série commandables alternativement et dont les points milieux sont reliés alternativement aux deux bornes de sortie du convertisseur DC-DC par l'intermédiaire d'une charge constituée d'au moins un actuateur en série avec une inductance de résonance.
2. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le convertisseur DC- DC délivrant une tension de sortie continue (Vs) unique, il comporte au moins un premier bras de pont, constitué de deux interrupteurs de pont commandables alternativement, et au moins deux deuxièmes bras de pont constitués .chacun de deux interrupteurs de pont commandables ' alternativement et montés en parallèle avec le premier bras entre les deux bornes extrêmes (B-i, B2) du convertisseur, tels que le point milieu de chaque premier bras est relié au point milieu d'au moins un deuxième bras . par l'intermédiaire d'une charge constituée d'au moins un actuateur (lj) relié à une inductance de résonance.
3. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon la revendication 2, caractérisé en ce que le convertisseur DC- DC délivrant une tension de sortie continue (Vs) unique, il comporte deux premiers bras de pont, montés en parallèle entre.les deux bornes extrêmes (B-i, B2) du convertisseur et constitués chacun de deux interrupteurs de pont (P-t, P2) et (P-i', P2') commandables alternativement, et deux deuxièmes bras de pont, constitués chacun de deux interrupteurs de pont (P3, P4) et (P3'τ P4') respectivement, tels que le point milieu (J-n , J12) de chacun des premiers bras est relié au point milieu (J21 , J22) d'un deuxième bras, par l'intermédiaire d'une charge constituée de deux actuateurs (lj) en parallèle, reliés alternativement à une inductance (L1 , L2) de charge.
4. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon la revendication 2, caractérisé en ce que le convertisseur DC- DC délivrant une tension de sortie continue (Vs) unique, il comporte un premier bras de pont, monté en parallèle entre les deux bornes extrêmes (B-i, B2) du convertisseur et constitué de deux interrupteurs de pont (P-i, P2) commandables alternativement, et deux deuxièmes bras de pont, constitués de deux interrupteurs de pont (P3j, P4j) respectivement, tels que le point milieu (Jt) du premier bras est relié au point milieu (J2j-) d'un deuxième bras, par l'intermédiaire d'une charge constituée de deux actuateurs (I,) en parallèle, reliés alternativement à une inductance (L) de charge.
5. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon la revendication 2, caractérisé en ce que le convertisseur DC- DC délivrant une tension de sortie continue (Vs) unique, il comporte un premier bras de pont, monté en parallèle entre les deux bornes extrêmes (B-i, B2) du convertisseur et constitué de deux interrupteurs de pont (Pi, P2) commandables alternativement, et quatre deuxièmes bras de. pont, constitués de deux interrupteurs de pont (P-π, P2j) respectivement, tels que le point milieu (Ji) du premier , bras est relié au point milieu (J2j) d'un deuxième bras, par l'intermédiaire d'une charge constituée d'un actuateur (h) relié à une inductance (Lj) de charge.
6. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur DC- DC délivrant une tension de sortie continue (Vs) unique, il comporte un premier bras de pont, constitué de deux interrupteurs (Pi, P2) commandables alternativement et connectés en parallèle aux bornes (Bi, B2) de sortie du convertisseur, et dont le point milieu (J-i) est relié au point milieu (J2) d'un deuxième bras de pont, constitué de deux interrupteurs (P3, P4) commandables alternativement et montés en parallèle avec le premier bras, par l'intermédiaire d'une charge comprenant quatre actuateurs (I,) en parallèle, reliés alternativement à une inductance (L) de résonance.
7. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon la revendication 6, caractérisé en ce que chacun des quatre actuateurs (lj), dont une première borne est reliée au point milieu d'un des deux bras de pont montés en parallèle est connecté par son autre borne à une borne de l'inductance (L) de résonance par l'intermédiaire d'un interrupteur (Kj) de sélection commandable alternativement, l'autre borne de ladite inductance (L) étant reliée au point milieu de l'autre bras.
8. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasOriorë selon la fëvër icàtan 6, caractérisé en ce que les actuateurs (lj), dont une première borne est reliée au point milieu d'un des deux bras montés en parallèle, sont connectés deux à deux à un relais (Ri , R2) commandable, relié à un interrupteur de sélection (Ki , K2) commandable alternativement, ledit inerrupteur étant lui-même connecté à une première borne d'une inductance (L) de résonance dont l'autre borne est reliée au point milieu de l'autre bras.
9. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la charge reliant le point milieu d'un premier bras de pont au point milieu d'un deuxième bras de pont, montés en parallèle, est constituée de deux actuateurs (h) en parallèle reliés à un relais (Ri , R2) connecté lui-même à une inductance (Lj , L2) de résonance.
10. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la charge reliant le point milieu d'un premier bras de pont au point milieu d'un deuxième bras de pont, montés en parallèle, est constituée par deux actuateurs (h) montés en parallèle et reliés chacun à un interrupteur (K,) de sélection commandable, connecté lui-même à une inductance (L,) de résonance.
12. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon la revendication 1 , caractérisé en ce que, le convertisseur DC-DC délivrant deux tensions de sortie continues. (vsι, vs2), il comporte deux bras de pont en parallèle, constitués chacun de deux interrupteurs de pont commandables alternativement (f ij, P__), dont le point milieu (Jj ) est relié à la borne de référence (B0) par une charge constituée de deux actuateurs (lj) en parallèle reliés en série alternativement à une inductance (Lj) de résonance, j étant un entier variant de 1 à 2.
13. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon la revendication 12, caractérisé en ce que chacun des quatre actuateurs (lj), dont une première borne est reliée au point milieu (J ) d'au moins un bras de pont, est connecté par son autre borne à l'inductance (Lj) de résonance par l'intermédiaire d'un interrupteur de sélection (Kj) commandable alternativement, l'autre borne de l'inductance étant reliée à la borne de référence (B0) du convertisseur.
14. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique uitrasonore selon la revendication 12, caractérisé en ce que les quatre actuateurs (lj), dont une première borne est reliée au point milieu (J , J.) d'au moins un bras de pont, sont connectés par deux à deux relais (Rj) commandables, reliés chacun à une première borne, d'une inductance (L) de résonance dont l'autre borne est reliée à la borne de référence (B0) du convertisseur.
15. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon la revendication 12, caractérisé en ce que les quatre actuateurs (lj), dont une première borne est reliée au point milieu (J _ J,) d'au moins un bras de pont, sont connectés par deux à deux relais (Rj) commandables, reliés chacun à un interrupteur de sélection (Kj) commandable alternativement, eux-mêmes connectés à une première borne d'une inductance (L) de résonance dont l'autre borne est reliée à la borne de référence (B0) du convertisseur.
16. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon la revendication 12, caractérisé en ce que, le convertisseur DC-DC délivrant deux tensions de sortie continues (vs , vs2), il comporte quatre bras de pont constitués chacun de deux interrupteurs de pont (P.\, P2 ) commandables alternativement et montés en parallèle entre les deux bornes extrêmes (B-,, B2), dont le point milieu (Jî ) est relié à la borne (B0) de référence, par l'intermédiaire d'une charge constituée d'un actuateur (lj) en série avec une inductance (L,) de résonance.
17. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézoélectrique ultrasonore selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source de tension (B) est une batterie basse tension ou un alternateur.
18. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les interrupteurs de sélection des actuateurs sont commandables bidirectionnellement en courant,, et sont réalisés à partir de deux semi- conducteurs montés en série ou en parallèle, par exemple deux transistors de type MOSFET montés en série.
19. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique .ultrasonore selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les relais de sélection des actuateurs sont de type électromécanique, monostables et possédant un contact de repos et un contact de travail.
20. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les interrupteurs de pont (P, P), placés directement derrière le convertisseur DC-DC, sont du type MOSFET ou IGBT ou transistor.
21. Procédé de mise en œuvre d'un dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore, selon les revendications 1 à 10, 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 d'un 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 sinusoïdale aux bornes du circuit oscillant formé par ledit actuateur et l'inductance de résonance associée, 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.
22. Procédé de mise en œuvre d'un dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore, selon les revendications 11 à 16, 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 interrupteur de pont d'un premier bras et l'ouverture du second interrupteur, et dans une seconde phase la commutation desdits deux interrupteurs dans une position inverse de façon à obtenir une tension sinusoïdale aux bornes du circuit oscillant formé par ledit actuateur et l'inductance de résonance associée,- 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.
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