FR2831727A1

FR2831727A1 - Dispositif de commande d'un actuateur piezo-electrique ultrasonore pilote electroniquement, et son procede de mise en oeuvre

Info

Publication number: FR2831727A1
Application number: FR0114023A
Authority: FR
Inventors: Arnaud Dal; Jean Michel Muguet
Original assignee: Renault SA
Current assignee: Renault SA
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2003-05-02
Also published as: EP1440484A2; WO2003038918A2; WO2003038918A3

Abstract

L'invention conceme 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 (I 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. 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

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 oeuvre 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 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 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 oeuvre 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 oeuvre 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 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.

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 Il 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 L1 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 L1 et un enroulement secondaire L,, dont la sortie haute tension Vs est reliée à un circuit oscillant constitué de la céramique piézo- électrique t, 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 P1 et P2 en série commandables alternativement,

respectivement Pg et P4, dont les points milieux J1, respectivement J2, sont reliés aux deux bornes de l'enroulement primaire L1.

Dans le cas d'un moteur thermique de véhicule automobile nécessitant quatre injecteurs, le schéma représente quatre céramiques piézo-électriques ! i,...,) ..., t 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 t, choisi et d'autre part la fermeture simultanée des interrupteurs de pont P1 et P4, reliant ainsi la borne J1 de l'enroulement primaire L1 à la borne (+) de la batterie B et sa borne J2 à la borne (-) de la batterie. Pendant cet intervalle de temps entre les instants Ta et T1, la tension v1 aux bornes de l'enroulement primaire L1 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 T1 et T2, le signal commande l'ouverture des interrupteurs P1 et et la fermeture simultanée des deux interrupteurs P2 et P3, reliant ainsi la borne J1 de l'enroulement primaire L1

à la borne (-) de la batterie B et sa borne J2 à la borne (+) et la tension v, 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 fs 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 v, aux bornes de l'injecteur t, est alors un signal sinusoïdal de même période que la tension Vg 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 t, montés en parallèle.

Selon un deuxième mode de réalisation, représenté par le schéma de la figure 2, les quatre injecteurs !, sont reliés deux à deux par un relais Rg et R6 respectivement, reliés chacun à une borne d'un interrupteur de sélection Kg 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 11 entre les instants to et t1, le calculateur pilote la mise au repos du relais Rg (figure 6a) vers l'injecteur 11 alors que le relais R6 est en position repos, ainsi que la fermeture de l'interrupteur Kg (figure (6b) et l'ouverture de l'interrupteur K6 (figure 6d), dans le but de connecter l'actuateur 11 à l'inductance L de résonance. Ainsi, entre les instants to et t1, 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 11 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 T de fermeture de chaque interrupteur de sélection correspond au temps d'injection, pouvant varier entre 100 lis et 5 ms pour un moteur à quatre injecteurs. La période Tp, du signal carré vs aux bornes de l'enroulement secondaire de chaque transformateur dépend exclusivement de la structure des injecteurs, la fréquence Fp, 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 Rg en position travail dans le but de pouvoir exciter l'injecteur tg, à l'instant suivant t3 (figure 6c).

A l'instant t3, le relais R5 est basculé vers la position travail alors que le relais Rg est toujours basculé dans la position travail vers l'injecteur 13, et simultanément l'interrupteur Kg est fermé jusqu'à l'instant t4 alors que l'interrupteur K5 est ouvert depuis l'instant t1, de sorte que la tension Vg aux bornes de l'enroulement secondaire L3 provoque la résonance du circuit oscillant constitué par l'inductance L et l'injecteur 13 auquel elle est alors connectée. Le signal de tension vc3 aux bornes de l'injecteur 13 est une sinusoïde d'amplitude maximale mGE entre les instants suivants t3 et t4 (figure 6h).

Entre les instants suivants t5 et tg, l'interrupteur K5 est à nouveau fermé et l'interrupteur Kg est ouvert, mais le relais R5 est basculé vers l'injecteur 12 donc sa commande est l'inverse de celle existant entre les instants to et t1.

Ainsi, le signal de tension vc2 aux bornes de l'injecteur 12 est une sinusoïde d'amplitude maximale mGE entre les instants suivants t5 et tg (figure 6g).

Entre les instants suivants t7 et tg, l'interrupteur Kg est à nouveau fermé alors que l'interrupteur K5 est ouvert, et les deux relais R5 et Ra sont en position repos, donc le relais Rg est basculé vers l'injecteur 14, et sa commande est l'inverse de celle existant entre les instants tg et t4. Ainsi, le signal de tension Vc4 aux bornes de l'injecteur 14 est une sinusoïde d'amplitude maximale mGE entre les instants suivants t7 et tg (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 $ eut $ 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 Pg respectivement. L'enroulement secondaire L2 est relié au circuit oscillant

constitué par l'inductance de résonance L et chacun des injecteurs t, 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 2f et 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 2f 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 I, piloté par le calculateur par commande de l'interrupteur K, 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 i, 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 L1 du transformateur entre les deux points de jonction J1 et J2 du pont d'interrupteurs, de sorte que la tension v1 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 $ et $ 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 t, 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 Kg 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 L11 à L14 et un enroulement secondaire L à L24 bobinés comme l'indiquent les signes figurant sur le schéma. Chaque enroulement secondaire L est connecté aux bornes d'un injecteur de carburant t,, 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 S et. S en série commandables alternativement, et de quatre autres seconds bras en parallèle, constitués également de deux interrupteurs P11 et P2, en série. Le point milieu J, de chaque second bras est relié au point milieu du premier bras par une charge comprenant l'enroulement primaire L1i d'un des transformateurs en série avec une inductance L de résonance. Ainsi, le point de jonction J3 des deux interrupteurs de pont t et t 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 Ll,. Chacune de leur seconde borne respective J21 est reliée au point de jonction J21 du deuxième bras correspondant, monté en parallèle avec les deux interrupteurs S et 4 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 !,, pilote la fermeture simultanée des interrupteurs de pont 9f et

P,, reliant ainsi) a borne J21 de l'enroulement L11 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 v11 aux bornes de l'enroulement primaire L11 est égale à +GE, de sorte que la tension Vs aux bornes de l'enroulement secondaire L21 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 P11 des deux bras et l'ouverture des deux interrupteurs 9f et P2, précédemment fermés, reliant ainsi la borne J21 de l'enroulement L11 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 v11 à ses bornes devient égale à-GE. Ainsi, l'amplitude de la tension Vg 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 ; j. s 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 PushPull à quatre transformateurs distincts, ayant chacun deux enroulements primaires L11 et L'11, 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 L21 est connecté à une inductance de résonance LR, réalisant un circuit oscillant avec l'injecteur de carburant !, correspondant, dont une borne est reliée à la masse. Cette inductance de résonance LR, 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 L11 et L'l, montés en parallèle et destinés à être alimentés alternativement par la source de tension grâce à deux interrupteurs de sélection Ki de l'enroulement, commandables et connectés à la masse.

Ainsi, une première borne commune aux deux enroulements primaires L11 et L'11 en parallèle est reliée à un interrupteur S, de sélection du transformateur, et l'autre borne est connectée pour l'un à un premier interrupteur de sélection de l'enroulement et l'autre à un second interrupteur de sélection
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, S1 par exemple, pour choisir le transformateur correspondant à l'injecteur 1, à exciter, et d'autre part la fermeture d'un premier

l'interrupteur de sélection Y, {de l'enroulement L11 par exemple et l'ouverture du second interrupteur S pour appliquer une tension V11 aux bornes du premier enroulement primaire L11. Ainsi la tension VS1 aux bornes de l'enroulement secondaire L21 est égale à +mE. Puis, dans une seconde phase, le premier

interrupteur 2code sélection est ouvert et le second interrupteur. test fermé 2 est fermé pour appliquer une tension V12 aux bornes du second enroulement primaire L'l, et obtenir ainsi une tension vs1 négative aux bornes de l'enroulement secondaire L21 et égale à-mE. Ces deux phases sont répétées un grand nombre de fois pendant la durée d'injection, entre 100 ; j. s 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 LR, 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 L11 et L'11, soit à la borne (+) de la batterie B.

Il est également possible de remplacer chacune des quatre inductances L'RI placées dans le circuit primaire de chaque transformateur par deux inductances de résonance placées chacune en série avec un des enroulements primaires L11 et L'1i, 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 , et un seul enroulement secondaire j,, 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 P3 et P4 en série commandables alternativement et de deux autres seconds bras en parallèle constitués également de deux interrupteurs de pont eut-92, en série. Le point milieu J2i de chaque second bras est relié au point milieu J4 du premier bras par une charge constituée de l'enroulement primaire , en série avec une inductance L de résonance. Ainsi, le point de jonction J4 des deux interrupteurs de pont et 9% en série est relié à une première borne de l'inductance L de résonance, dont l'autre borne est reliée à la borne f commune aux deux enroulements primaires 11 et 12
Chaque enroulement secondaire L21, respectivement L22, est connecté par exemple à un relais R7, respectivement Rg, commandable alternativement, susceptible de se connecter à deux injecteurs 11 et 12, respectivement 13et 14.

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 11 par exemple, dans une première phase, le relais R7 est fermé sur ledit injecteur, et pour alimenter l'enroulement secondaire L21 du transformateur correspondant, d'une part l'interrupteur du premier bras est fermé pendant que l'autre interrupteur t est ouvert et d'autre part l'interrupteur P12 du deuxième bras est fermé pour que la tension V11 aux bornes de l'enroulement primaire L11 soit égale à +E, et donc la tension vs aux bornes de l'enroulement secondaire zu soit égale à +mE. Puis dans une seconde phase, le signal de commande du calculateur pilote l'ouverture de l'interrupteur G3 et la fermeture de l'autre interrupteur-94, en même temps que la fermeture de l'interrupteur 9f1 du deuxième bras et l'ouverture de l'interrupteur 9-Ainsi, la tension V11 aux bornes de l'enroulement primaire est égale à-E, et donc la tension Vg aux bornes de l'enroulement secondaire L21 est égale à-mE. 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 et un seul enroulement secondaire ,, 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 LR21 connectée en série à chaque enroulement secondaire $"respectivement 22, et à un relais R7, respectivement Reg, susceptible de se connecter à deux injecteurs 11 et 12, respectivementl3etl4.

Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les interrupteurs de sélection K des actuateurs et % deys 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 9f 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 préférentiellement 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 (1)) 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 piézo- électrique.

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 (L1) unique et un enroulement secondaire (L,) 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 (P1, P2) et (P3, P4) commandables alternativement, montés en série, dont les points milieux (J1 et J) sont reliés aux deux bornes de l'enroulement primaire (L1).

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 piézo- électriques à exciter, bobinés sur N noyaux différents et ayant chacun un enroulement primaire (L,,) unique et un enroulement secondaire (L,,) unique, réalisé à partir d'un premier bras commun aux N ponts et constitué de deux interrupteurs de pont (, ) montés en série commandables alternativement et de N autres seconds bras en parallèle constitués également de deux interrupteurs de pont (P, P) 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 (L1,) 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 (L11 et L12) unique, et un enroulement secondaire ( et ) 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-92,) montés en série commandables alternativement, le point milieu () de chaque second bras étant relié au point milieu (J4) du

premier bras par une charge comprenant l'enroulement (S2f,) 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 (pis, 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'11) 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 de l'enroulement, commandables et connectés à la masse, et tels que leur enroulement secondaire (L,i) 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 (Lli, 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 (),) choisi, en série avec une inductance de résonance (lui) 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 (fde t'enroulement, commandables et connectés à la masse, et tels que leur enroulement secondaire (L2,) unique est connecté à l'actuateur (),) à exciter formant un circuit oscillant avec l'inductance de résonance (LR,).

11. 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

(8).

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 (),) 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 (),) 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 oeuvre 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 oeuvre 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 (),) 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 (91) du premier bras et d'un second interrupteur (P,) d'un second bras et l'ouverture du second couple formé des deux autres interrupteurs (et PJ 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 oeuvre 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 (S1) 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 (ut1) de sélection et la fermeture du second interrupteur (wus) pour obtenir une tension périodique (vus) aux bornes de l'enroulement secondaire du transformateur, ces deux phases étant répétées un nombre déterminé de fois pendant la durée d'injection.