FR2802033A1

FR2802033A1 - Procede et dispositif de commande d'un actionneur a l'aide d'un element capacitif

Info

Publication number: FR2802033A1
Application number: FR0015564A
Authority: FR
Inventors: Johannes Jorg Rueger; Wolfgang Ruehle; Hubert Stier; Matthias Boee; Guenther Hohl; Udo Schulz; Norbert Keim
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-12-03
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2001-06-08
Anticipated expiration: 2020-12-01
Also published as: US20010015577A1; DE19958406A1; JP2001193546A; US6380659B2; IT1319113B1; ITMI20002497A1; FR2802033B1

Abstract

Procédé de commande d'un actionneur (100) comportant un élément capacitif (100a) et une résistance ohmique (100b) en parallèle à celui-ci. A certains instants, on saisit la valeur (R) de la résistance ohmique (100b) et, partant de cette valeur de la résistance, on détermine la nature et/ ou la température de l'élément capacitif (100a).

Description

Etat de la technique L'invention concerne un procédé et un dispositif de

commande d'un actionneur comportant un élément capacitif

et une résistance ohmique, en parallèle à celui-ci.

On connaît des procédés et des dispositifs de commande d'un élément capacitif, notamment d'un actionneur piézo-électrique, pour commander l'injection de carburant

dans des moteurs à combustion interne.

Les propriétés d'un actionneur piézo-électrique dépendent de la température. C'est pourquoi il est nécessaire

de déterminer la température de l'actionneur piézo-

électrique. De plus, on a des différences de propriétés entre actionneurs piézo-électriques, ou actionneurs en général, de même type de construction. Il se pose dans ces conditions le

problème du classement des actionneurs, notamment piézo-

électriques.

Dans le cas de tels actionneurs piézo-

électriques, notamment appliqués aux moteurs à combustion in-

terne pour commander la quantité à injecter, on peut ren-

contrer la situation selon laquelle l'actionneur piézo-

électrique est commandé pour que, dans une certaine position, par exemple dans le cas d'un injecteur de carburant, il reste dans cette position et produise une injection permanente. Si, du fait d'un défaut, on ne peut plus modifier l'état de

charge de l'actionneur piézo-électrique, la soupape reste in-

changée dans sa position. De tels états critiques pour la sé-

curité doivent être évités dans le cas des actionneurs piézo-

électriques. Avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus par une solution connue et concerne à

cet effet un procédé de commande d'un actionneur piézo-

électrique du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on saisit la valeur de la résistance ohmique à certains instants et partant de cette valeur de la résistance, on détermine la

nature et/ou la température de l'élément capacitif.

Etant donné que dans un actionneur comportant un élément capacitif, on a une résistance ohmique en parallèle à

cet élément, tandis que l'on saisit la valeur R de cette ré-

sistance ohmique à des instants déterminés, et qu'à partir de cette valeur de la résistance on conclut quant à la nature et/ou la température de l'élément capacitif, cela permet, de manière simple, de déterminer la température et/ou de compen-

ser la dépendance de l'actionneur en fonction de la tempéra-

ture, de classer les actionneurs piézo-électriques, et

d'éviter en toute sécurité des états de fonctionnement criti-

ques. Ce procédé est avantageux dans tous les actionneurs

comportant un élément capacitif. Ce procédé est particulière-

ment avantageux dans le cas d'actionneurs piézo-électriques.

Il est particulièrement avantageux de saisir à

certains instants la valeur R de la résistance ohmique en pa-

rallèle à l'élément capacitif, et en partant de la valeur

ainsi obtenue, de déterminer la température de l'élément ca-

pacitif et/ou de l'actionneur.

Il est particulièrement avantageux de pouvoir

exécuter simultanément plusieurs tâches à l'aide de la résis-

tance.

Il est avantageux que la valeur R de la résis-

tance ohmique branchée en parallèle sur l'élément capacitif soit saisie à des instants déterminés, et qu'à partir de

cette valeur on puisse tirer des conclusions quant à la na-

ture et à la température de l'élément capacitif et/ou de l'actionneur. La résistance ohmique sert en particulier à

classer et en même temps à déterminer la température.

Il est avantageux que la valeur R de la résis-

tance ohmique branchée en parallèle sur l'élément capacitif

et servant de résistance d'évacuation, soit saisie à des ins-

tants déterminés, et qu'à partir de cette valeur on puisse déterminer la nature de l'élément capacitif et/ou celle de l'actionneur. La résistance ohmique sert en particulier en

même temps de résistance de décharge et de moyen de classe-

ment.

Il est avantageux que la valeur R de la résis-

tance ohmique branchée en parallèle sur l'élément capacitif et servant de résistance d'évacuation, soit détectée à des instants déterminés, et qu'à partir de cette valeur on puisse définir la température de l'élément capacitif et/ou de l'actionneur. La résistance ohmique sert en particulier en

même temps de résistance de décharge et de moyen pour déter-

miner la température.

Comme la résistance ohmique sert de résistance de décharge, elle permet en même temps une décharge commandée de

l'élément capacitif. En particulier, si l'actionneur est uti-

lisé comme injecteur pour injecter du carburant dans un mo-

teur à combustion interne, cela permet d'éviter des états de

fonctionnement critiques.

Un calcul particulièrement simple de la résis-

tance consiste à calculer cette résistance en utilisant le temps de décharge de l'élément capacitif. Pour cela on charge l'élément capacitif à une tension, et ensuite on le décharge

dans la résistance ohmique.

Partant d'un courant de contrôle et/ou d'une ten-

sion de contrôle déterminant la valeur de la résistance, on peut calculer en permanence la valeur en fonctionnement

continu sans influencer la résistance de l'actionneur.

Il est particulièrement avantageux de déterminer la valeur de la résistance avant la première mise en route de l'actionneur. Une telle première mise en route correspond à la sortie de la chaîne de fabrication ou après une réparation

et/ou un remplacement de l'actionneur.

L'invention concerne également un dispositif de commande d'un actionneur comportant un élément capacitif et une résistance ohmique, en parallèle à celui-ci caractérisé

par des moyens qui saisissent la valeur de la résistance oh-

mique à des instants déterminés et, partant de la valeur de la résistance, tirent des conclusions quant à la nature et/ou

la température de l'élément capacitif.

Dessins La présente invention sera décrite ci-après à 3 l'aide de modes de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: * la figure 1 est un schéma par blocs du dispositif selon l'invention, * la figure 2 montre un premier ordinogramme, * la figure 3 montre un second ordinogramme du procédé de l'invention.

Description des exemples de réalisation

La figure 1 montre un actionneur avec un élément capacitif, portant la référence 100. De tels actionneurs se présentent fréquemment sous la forme d'injecteurs et servent

par exemple à injecter du carburant dans des moteurs à com-

bustion interne. Entre la grandeur de réglage, c'est-à-dire la longueur de l'élément capacitif, et la tension appliquée,

il y a une certaine relation.

Pour simplifier la présentation, les composants

mécaniques ne sont pas représentés et la figure montre uni-

quement l'élément capacitif 100a. Celui-ci est relié par une

première borne à la masse et par une seconde borne à un com-

mutateur de puissance 110. Le commutateur de puissance 110

relie la seconde borne de l'élément capacitif à une alimenta-

tion en énergie 120. Le commutateur de puissance 110 reçoit des signaux de commande d'une commande 130. En parallèle à

l'élément capacitif 100a on a une résistance ohmique 100b.

L'élément capacitif 100a et la résistance ohmique 100b, ainsi

que l'actionneur 100, constituent un ensemble de construc-

tion. C'est pourquoi un circuit d'exploitation 140 est bran-

ché en parallèle à l'élément capacitif 100a ou à la résistance ohmique 100b. Ce circuit d'exploitation échange

différentes grandeurs avec la commande 130.

L'alimentation en énergie 120 et le commutateur

de puissance 110 sont uniquement représentés de manière sché-

matique. Le commutateur de puissance peut être constitué éga-

lement par plusieurs éléments de commutation. Le commutateur de puissance est prévu de préférence entre la masse et

l'élément capacitif.

De tels éléments capacitifs sont fréquemment des

actionneurs piézo-électriques.

Par une commande appropriée du commutateur de puissance 110 on charge puis on décharge de nouveau l'élément

capacitif 100a à une certaine tension. La durée pendant la-

quelle l'élément capacitif se trouve à un certain niveau de tension, c'est-à-dire à une certaine tension appliquée à l'élément capacitif 100a, est usuellement appelée durée de

commande. Cette durée de commande définit la quantité de car-

burant à injecter. Le commutateur de puissance 110, l'alimentation 120 et la commande 130 ainsi que le circuit de traitement 140, sont en général combinés en un seul appareil de commande séparé de l'actionneur. L'appareil de commande et l'actionneur sont reliés par des conducteurs. L'appareil de commande comprend de préférence également d'autres éléments

et sert en particulier à commander le moteur à combustion in-

terne et/ou l'injection de carburant dans le moteur à combus-

tion interne. Pour cela, l'appareil de commande traite différentes grandeurs et/ou signaux de sortie fournis par des capteurs. En cas de coupure de la ligne ou de défaut de fonctionnement de l'un des composants, il peut arriver que l'actionneur reste en permanence dans une certaine position

car il ne peut plus être ni chargé ni déchargé. Pour permet-

tre dans ce cas une décharge appropriée de l'élément capaci-

tif, l'invention prévoit de brancher la résistance 100b en parallèle à l'élément capacitif 0l0a. La résistance est ainsi prévue au voisinage de l'élément capacitif de préférence dans l'injecteur, pour que les lignes de liaison soient aussi

courtes que possible.

La résistance est dimensionnée pour que la cons-

tante de temps correspondant à l'élément RC formée par l'élément capacitif 100a et la résistance ohmique 100b, soit

suffisamment grande pour qu'à l'intérieur de la durée de com-

mande usuelle, pour une injection sans défaut, on ait une dé-

charge significative de l'élément capacitif. De plus, la constante de temps est dimensionnée pour l'intervalle de temps maximum disponible jusqu'à la fermeture de l'injecteur,

pour ne pas endommager le moteur, afin que l'élément capaci-

tif soit suffisamment déchargé. Pour un dimensionnement ap-

proprié, la résistance 100b joue le rôle d'une résistance de décharge. A l'intérieur d'une durée de décharge définie principalement par la constante de temps, l'élément capacitif a s'est suffisamment déchargé pour que l'actionneur prenne une position garantie, c'est-à-dire termine l'injection. La constante de temps est choisie pour que le temps de décharge soit plus grand que la durée de commande maximale possible de l'actionneur. En cas de défaut, on dépasse cette durée de

commande maximale possible.

Usuellement, dans la fabrication des injecteurs, on rencontre des tolérances de fabrication conduisant à une dispersion de dosage, c'est-àdire que, pour une même durée de commande, les injecteurs dosent des quantités différentes de carburant. Comme les injecteurs sont mesurés et classés au moment de leur fabrication et comme ce classement est pris en

compte par la commande, on réduit considérablement la propor-

tion de rebut de fabrication. De plus, on améliore

l'injection car on tient compte des dispersions.

La constante de temps de l'élément RC formé de

l'élément capacitif 100a et de la résistance 100b, est varia-

ble dans une certaine plage. Ce degré de liberté s'utilise selon l'invention pour classer les injecteurs. On définit

pour cela un certain nombre de classes permettant le classe-

ment de la résistance. La résistance est définitivement mon-

tée de préférence après sa mesure, et elle est installée de façon qu'elle ne puisse plus être simplement enlevée. Par exemple, la résistance peut être entourée d'un matériau de renforcement. La résistance de classement est alors reliée en permanence à l'actionneur. Cela permet de réduire les moyens que le constructeur de véhicules aura à mettre en oeuvre pour installer les actionneurs, du point de vue des coûts et de la

logistique ainsi des risques de défauts.

L'invention prévoit de mesurer la valeur de la

résistance au démarrage du système. Une possibilité pour me-

surer la valeur de la résistance consiste à charger

l'actionneur à une certaine tension quelconque, puis à mesu-

rer la tension d'atténuation. Le système formé de la résis-

tance 100b de l'élément capacitif 100a présente une constante de temps dépendant de la valeur de la résistance 100b. Cette mesure se fait de préférence à la sortie de la chaîne chez le constructeur de véhicules car, dans ce cas, la durée d'initialisation n'est pas critique. Ce n'est qu'après avoir effectué la mesure de la résistance et le classement de

l'injecteur, que la commande est libérée.

Il est particulièrement avantageux d'enregistrer l'état dans lequel la résistance vient d'être mesurée dans une première cellule d'une mémoire non fugitive de l'appareil de commande, pour qu'à chaque démarrage ultérieur il ne soit

pas nécessaire de remesurer la résistance. On utilise de pré-

férence une mémoire EEPROM comme mémoire fugitive. Le résul-

tat du classement est également mémorisé de préférence dans

une seconde cellule de la mémoire non fugitive.

En cas de remplacement d'un actionneur, on remet à l'état initial la valeur de la première cellule de mesure, indiquant que la résistance a déjà été mesurée, pour pourvoir

effectuer un nouveau classement.

La figure 2 montre à la fois un procédé pour dé-

terminer la valeur R de la résistance 100b et un procédé de

détection de la classe à partir de la valeur de la résis-

tance. Dans une première étape 200 on vérifie s'il faut

déterminer la valeur R de la résistance. Une conception sim-

ple prévoit de vérifier si, dans la mémoire non fugitive, la première cellule de mémoire prend une valeur correspondante indiquant si la résistance n'a pas encore été transmise. Dans la négative, c'est-à-dire si la valeur R de la résistance a déjà été transmise, le programme se déroule normalement et

passe à l'étape 205.

Si la valeur R de la résistance n'a pas encore

été obtenue, alors, dans l'étape 210 on charge l'élément ca-

pacitif à une tension définie U. En même temps, on met à zéro

un compteur de temps (t). L'interrogation 220 consécutive vé-

rifie si la valeur du compteur de temps (t) est supérieure ou égale à un seuil de temps tl. Si cela n'est pas le cas, dans l'étape 225 on augmente le compteur de temps et on effectue une nouvelle demande 220. Si l'état du compteur de temps (t)

est supérieur ou égal au seuil de temps tl, on mesure la ten-

sion Ul à cet instant à l'étape 227.

Puis dans l'étape 230 on demande si le contenu du compteur de temps (t) est supérieur/égal à un second seuil de

temps t2. Dans la négative, on augmente d'une unité le comp-

teur de temps (t) dans l'étape 230. Dans l'affirmative, l'étape 237 détermine la valeur U2 de la tension à l'instant t2. Dans un élément RC, la tension diminue suivant une fonction exponentielle définie principalement par une constante de temps. En mesurant la tension à deux instants différents, on peut obtenir la constante de temps et ainsi, en connaissant la capacité de l'élément capacitif 100a, on

détermine la valeur R de la résistance. Ce calcul de la va-

leur de la résistance se fait dans l'étape 240.

L'interrogation 250 suivante vérifie si la valeur R de la résistance est supérieure à un seuil Wl. Dans l'affirmative, l'injecteur est mis dans la classe Kl dans l'étape 252. Dans la négative, l'interrogation 260 vérifie si la valeur R de la résistance est supérieure à un second seuil W2. Si cela est le cas, on attribue à l'injecteur la classe K2 dans l'étape 264. Si cela n'est pas le cas, on attribue la

classe K3 à l'injecteur dans l'étape 262.

Dans l'exemple de réalisation représenté, on ré-

partit les injecteurs en trois classes. Le procédé selon l'invention n'est pas limité à trois classes et peut

s'utiliser pour un nombre quelconque de classes.

Il est particulièrement avantageux que la résis-

tance soit en contact thermique avec l'élément capacitif.

Dans ce cas, à l'aide de la résistance 100Ob, on détermine la température de la céramique de l'actionneur et/ou de

l'injecteur. A l'aide d'un courant de contrôle dans la résis-

tance 100Ob, appliqué en continu, de manière cadencée ou dans certains intervalles de temps, on détermine la résistance en appliquant la loi d'ohm. Cela se fait avec une tension connue

et/ou mesurée, et avec une mesure de l'intensité.

A l'aide d'un actionneur piézo-électrique et d'une résistance il est possible de déterminer, à l'aide de

la résistance 10Ob, la température instantanée de l'action-

neur ou de l'injecteur. Partant des relations connues entre

la variation de longueur et la température et/ou de la rela-

tion entre la variation de longueur et de la tension appli-

quée à un actionneur piézo-électrique, on corrige l'influence

de la température sur l'allongement par correction de la ten-

sion. Par une correction appropriée de la tension en fonction de la valeur R de la résistance 100b, on obtient une course

d'injecteur constante dans toute la plage de température.

La figure 3 montre une procédure correspondante.

Dans la première étape 300 on vérifie si l'on se trouve dans une situation dans laquelle il est possible de mesurer la température. Dans le développement le plus simple, il est prévu de faire la mesure à des intervalles de temps fixes prédéterminés. Dans l'étape 310 on applique un courant de

contrôle à la résistance 100b et on mesure la chute de ten-

sion. En variante on peut également appliquer une tension à la résistance et mesurer le courant. Partant de ces valeurs, on détermine la valeur R de la résistance 100b. Partant de la valeur R on détermine la température T. Il est prévu de préférence que la résistance soit

un fil fortement ohmique, entourant extérieurement la cérami-

que. De plus, on peut prévoir de l'intégrer dans la céramique au moment de sa fabrication. En outre il est possible

d'insérer dans le cas d'un actionneur à empilement, une ron-

delle supplémentaire constituant la résistance.

La détermination de la résistance selon la figure 3 et celle selon la figure 2 peuvent être échangées; on peut

également utiliser d'autres procédés pour déterminer la ré-

sistance. Il est particulièrement avantageux de résoudre

différents problèmes à l'aide d'un élément réalisé de préfé-

rence sous la forme d'une résistance ohmique.

Il est avantageux que les valeurs de la résis-

tance soient choisies, dans la procédure de la figure 2 pour que la différence entre les valeurs de la résistance pour des

classes différentes, soit supérieure à l'amplitude de varia-

tion de la valeur de la résistance en fonction de la tempéra-

ture.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S

1 ) Procédé de commande d'un actionneur (100) comportant un élément capacitif (100a) et une résistance ohmique (100b) en parallèle à celui-ci, caractérisé en ce qu' on saisit la valeur (R) de la résistance ohmique à certains instants et partant de cette valeur de la résistance (100b),

on détermine la nature et/ou la température de l'élément ca-

pacitif (10Oa).

2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que

la résistance ohmique (100b) est une résistance de décharge.

3 ) Procédé selon les revendications 1 et 2,

caractérisé en ce que partant d'un temps de décharge de l'élément capacitif (0l0a),

on calcule la valeur (R) de la résistance.

4 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,

caractérisé en ce qu'

on détermine la valeur de la résistance en partant d'un cou-

rant de contrôle et/ou d'une tension de contrôle.

5 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine la valeur de la résistance avant la première

mise en route de l'actionneur.

6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'

on détermine la valeur de la résistance plusieurs fois pen-

dant le fonctionnement de l'actionneur (100).

7 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' on charge l'élément capacitif (100a) à une certaine tension

puis on décharge à travers la résistance ohmique(100b).

I] 8 ) Dispositif de commande d'un actionneur (100) comportant un élément capacitif (0l0a) et une résistance ohmique(lOOb) en parallèle à celui-ci, caractérisé par des moyens qui saisissent la valeur (R) de la résistance oh- mique à des instants déterminés et, partant de la valeur de

la résistance, tirent des conclusions quant à la nature et/ou la température de l'élément capacitif (100b).