FR2774825A1 - Procede et dispositif pour charger et decharger un element piezo-electrique - Google Patents
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Abstract
Dans le procédé et le dispositif de charge et de décharge d'un élément piézo-électrique (1), le courant de charge de l'élément piézo-électrique ou le courant de décharge de l'élément piézo-électrique sont réglés en tenant compte de la capacité de l'élément piézo-électrique.
Description
Etat de la technique.
La présente invention concerne un procédé de charge et de décharge d'un élément piézo-électrique.
L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Les éléments piézo-électriques considérés ici sont notamment, mais de manière non exclusive, des actionneurs et des éléments piézo-électriques utilisés dans des actionneurs et des organes de réglage. Les éléments piézoélectriques s'utilisent pour de telles applications car, comme cela est connu, ils ont la caractéristique de se contracter ou de se dilater en fonction de la tension qui leur est appliquée.
La réalisation pratique d'organes de réglage par des éléments piézo-électriques est notamment avantageuse si l'actionneur concerné doit effectuer des mouvements rapides et/ou fréquents.
L'utilisation d'éléments piézo-électriques comme actionneurs est en outre avantageuse pour des injecteurs de carburant de moteurs à combustion interne. Pour l'utilisation d'éléments piézo-électriques dans des injecteurs de carburant on se reportera à titre d'exemple aux documents
EP 0 371 469 B1 et EP 0 379 182 B1.
EP 0 371 469 B1 et EP 0 379 182 B1.
Les éléments piézo-électriques sont des consommateurs capacitifs qui, comme déjà indiqué précédemment, se contractent ou se dilatent en fonction de l'état de charge respectif ou de la tension qui s'établit ou se règle sur les éléments.
La charge et la décharge d'un élément piézoélectrique peut se faire entre autre par l'intermédiaire d'un composant à caractéristiques inductives comme par exemple une bobine ; en première ligne cette bobine sert à limiter le courant de charge qui se produit au moment de la charge et le courant de décharge au moment de la décharge. Une telle disposition apparaît à la figure 7.
L'élément piézo-électrique à charger ou à décharger est représenté à la figure 7 sous la référence 101. Cet élément fait partie d'un circuit électrique de charge qui se ferme par un interrupteur de charge 102 et d'un circuit électrique de décharge qui se ferme par un interrupteur de décharge 106 ; le circuit de charge est formé du montage en série de l'interrupteur de charge 102, d'une diode 103, d'une bobine de charge 104, de l'élément piézo-électrique 101, et d'une source de tension 105 ; le circuit de décharge est formé du montage en série de l'interrupteur de décharge 106, d'une diode 107, d'une bobine de décharge 108, et de l'élément piézo-électrique 101.
La diode 103 du circuit de charge évite le passage du courant dans le circuit de charge, courant qui pourrait décharger l'élément piézo-électrique. La diode 103 et l'interrupteur de charge 102 sont réalisables en commun par un circuit à semi-conducteurs.
La diode 107 du circuit de décharge évite le passage, dans le circuit de décharge, d'un courant qui pourrait charger l'élément piézo-électrique. La diode 107 et l'interrupteur de charge 106, de même que la diode 103 et l'interrupteur de charge 102, sont réalisables en commun sous la forme d'un interrupteur à semi-conducteurs.
Lorsque l'interrupteur de charge 102, normalement ouvert, est fermé, un courant de charge traverse le circuit de charge qui se charge à travers l'élément piézo-électrique 101. La charge accumulée dans l'élément piézo-électrique 101 ou la tension qui en résulte, et ainsi également les dimensions extérieures actuelles de l'élément piézo-électrique 101, restent principalement inchangées après la charge.
Lorsqu'on ferme l'interrupteur de décharge 106 normalement ouvert, le circuit de décharge est traversé par un courant de décharge qui décharge l'élément piézoélectrique 101. L'état de charge de l'élément piézoélectrique 101 ou de la tension qui s'établit à partir de là, et ainsi également les dimensions extérieures actuelles de l'élément piézo-électrique 101, restent pratiquement inchangés après la décharge.
La disposition représentée à la figure 7 permet de charger et de décharger l'élément piézo-électrique 101 avec des moyens relativement faibles.
Toutefois, dans ce dispositif et dans d'autres dispositifs pour charger et décharger des éléments piézoélectriques, il n'a pas été possible jusqu'alors de laisser se dérouler la charge et la décharge pour que l'état de charge de l'élément piézo-électrique indique après la charge ou la décharge de celui-ci et/ou pendant le temps durant lequel l'élément piézo-électrique a été chargé ou déchargé, de manière à atteindre un certain état de charge, prenant toujours et partout les mêmes valeurs souhaitées.
La présente invention a ainsi pour but de développer un procédé et un dispositif selon le préambule cidessus de façon que la charge et la décharge des éléments piézo-électriques puissent toujours se faire à la demande, rapidement, et largement.
Ce problème est résolu par un procédé et un dispositif caractérisés en ce que - le courant de charge de l'élément piézo-électrique ou le
courant de décharge de l'élément piézo-électrique se rè-
glent en tenant compte de la capacité de l'élément piézo
électrique, - deux installations de commande ou de régulation sont pré
vues pour régler l'élément piézo-électrique, le courant de
charge pour charger l'élément piézo-électrique, ou le cou
rant de décharge pour décharger l'élément piézo-électrique,
en tenant compte de la capacité de l'élément piézo
électrique à régler.
courant de décharge de l'élément piézo-électrique se rè-
glent en tenant compte de la capacité de l'élément piézo
électrique, - deux installations de commande ou de régulation sont pré
vues pour régler l'élément piézo-électrique, le courant de
charge pour charger l'élément piézo-électrique, ou le cou
rant de décharge pour décharger l'élément piézo-électrique,
en tenant compte de la capacité de l'élément piézo
électrique à régler.
Suivant d'autres caractéristiques du procédé selon l'invention - le courant de charge ou le courant de décharge sont modi
fiés en tenant compte de la capacité momentanée de
l'élément piézo-électrique, - le courant de charge ou le courant de décharge sont modi
fiés par rapport à une valeur de consigne pour tenir compte
des déviations de capacité de l'élément piézo-électrique, - la déviation de la capacité de l'élément piézo-électrique
par rapport à la valeur de consigne se fait en s'appuyant
sur la variation de longueur de l'élément piézo-électrique,
variation de longueur qui résulte du chargement ou du dé
chargement, - la déviation de la capacité de l'élément piézo-électrique
par rapport à la valeur de consigne se fait en fonction du
temps pendant lequel l'élément piézo-électrique ne peut
être chargé ou déchargé pour atteindre la tension prédéter
minée, - l'opération de charge ou de décharge suivante se font en
utilisant un courant de décharge ou de charge, avec multi
plication du courant de charge ou de décharge utilisé pour
l'opération de charge ou de décharge précédente, et calcul
d'un coefficient de correction, - le coefficient de correction repose sur le rapport entre la
valeur réelle ou les dimensions calculées selon l'opération
de charge ou de décharge, et les valeurs de consigne de ces
grandeurs, - le coefficient de correction ou le courant de charge ou de
décharge sont limités en utilisant des seuils ou des coef
ficients d'amplification pour l'amplitude ou les variations
d'amplitude, - le courant de charge ou le courant de décharge sont mainte
nus essentiellement constants pendant une opération de
charge ou de décharge.
fiés en tenant compte de la capacité momentanée de
l'élément piézo-électrique, - le courant de charge ou le courant de décharge sont modi
fiés par rapport à une valeur de consigne pour tenir compte
des déviations de capacité de l'élément piézo-électrique, - la déviation de la capacité de l'élément piézo-électrique
par rapport à la valeur de consigne se fait en s'appuyant
sur la variation de longueur de l'élément piézo-électrique,
variation de longueur qui résulte du chargement ou du dé
chargement, - la déviation de la capacité de l'élément piézo-électrique
par rapport à la valeur de consigne se fait en fonction du
temps pendant lequel l'élément piézo-électrique ne peut
être chargé ou déchargé pour atteindre la tension prédéter
minée, - l'opération de charge ou de décharge suivante se font en
utilisant un courant de décharge ou de charge, avec multi
plication du courant de charge ou de décharge utilisé pour
l'opération de charge ou de décharge précédente, et calcul
d'un coefficient de correction, - le coefficient de correction repose sur le rapport entre la
valeur réelle ou les dimensions calculées selon l'opération
de charge ou de décharge, et les valeurs de consigne de ces
grandeurs, - le coefficient de correction ou le courant de charge ou de
décharge sont limités en utilisant des seuils ou des coef
ficients d'amplification pour l'amplitude ou les variations
d'amplitude, - le courant de charge ou le courant de décharge sont mainte
nus essentiellement constants pendant une opération de
charge ou de décharge.
Cela permet d'éliminer les influences des tolérances, les variations et les oscillations de la capacité de l'élément piézo-électrique sur l'importance et la vitesse de la charge et de la décharge. Cela est très significatif car la capacité de l'élément piézo-électrique et ainsi celle de la tension ou du temps qui s'établissent lors de la charge et de la décharge de l'élément piézo-électrique, ou le temps pendant lequel l'élément piézo-électrique se charge ou se décharge pour atteindre une tension prédéterminée, et finalement également la variation de longueur de l'élément piézoélectrique qui dépend de la charge ou de la décharge, dépendent de différents coefficients comme par exemple la température, la force que doit appliquer l'élément piézo-électrique, de l'âge de cet élément, etc... En éliminant cette relation on obtient que l'état de charge de l'élément piézo électrique, après la charge ou la décharge de celui-ci et/ou le temps pendant lequel il faut charger ou décharger l'élément piézo-électrique pour atteindre un certain état de charge, prenne toujours et partout exactement les mêmes valeurs.
Cela est avantageux d'un double point de vue - d'une part car l'élément piézo-électrique excite toujours
ce système exactement de la même façon et - d'autre part car on évite ainsi que le système avec
l'élément piézo-électrique se mette en oscillations à cause
des déviations par rapport au mouvement souhaité de
l'élément piézo-électrique (un mouvement trop rapide ou
trop lent et/ou une extension ou une contraction trop im
portante ou trop faible).
ce système exactement de la même façon et - d'autre part car on évite ainsi que le système avec
l'élément piézo-électrique se mette en oscillations à cause
des déviations par rapport au mouvement souhaité de
l'élément piézo-électrique (un mouvement trop rapide ou
trop lent et/ou une extension ou une contraction trop im
portante ou trop faible).
La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels - les figures la et lb montrent deux dispositifs pour charger
et décharger un élément piézo-électrique avec un courant de
charge et de décharge réglable, - la figure 2 est un schéma servant à décrire les conditions
qui s'établissent pendant une première phase de charge
(interrupteur de charge 3, fermé) dans la disposition de la
figure 1, - la figure 3 est une vue servant à décrire les conditions
qui s'établissent pendant une seconde phase de charge
(interrupteur de charge 3 de nouveau ouvert) dans le dispo
sitif de la figure 1, - la figure 4 est un schéma servant à décrire les conditions
qui s'établissent dans le dispositif de la figure 1 pendant
une première phase de décharge (interrupteur de décharge
5), - la figure 5 montre une vue servant à décrire les conditions
qui s'établissent dans la première phase de décharge
(interrupteur de décharge 5 de nouveau ouvert) dans le dis
positif des figures la, lb, - la figure 6 montre un chronogramme des courbes de tension
et d'intensité qui s'établissent pendant le fonctionnement
du dispositif des figures la, lb, - la figure 7 montre un dispositif connu pour charger et dé
charger un élément piézo-électrique, - la figure 8 montre le chronogramme des courbes de tension
et de courant qui s'établissent pendant le fonctionnement
du dispositif des figures la, lb.
et décharger un élément piézo-électrique avec un courant de
charge et de décharge réglable, - la figure 2 est un schéma servant à décrire les conditions
qui s'établissent pendant une première phase de charge
(interrupteur de charge 3, fermé) dans la disposition de la
figure 1, - la figure 3 est une vue servant à décrire les conditions
qui s'établissent pendant une seconde phase de charge
(interrupteur de charge 3 de nouveau ouvert) dans le dispo
sitif de la figure 1, - la figure 4 est un schéma servant à décrire les conditions
qui s'établissent dans le dispositif de la figure 1 pendant
une première phase de décharge (interrupteur de décharge
5), - la figure 5 montre une vue servant à décrire les conditions
qui s'établissent dans la première phase de décharge
(interrupteur de décharge 5 de nouveau ouvert) dans le dis
positif des figures la, lb, - la figure 6 montre un chronogramme des courbes de tension
et d'intensité qui s'établissent pendant le fonctionnement
du dispositif des figures la, lb, - la figure 7 montre un dispositif connu pour charger et dé
charger un élément piézo-électrique, - la figure 8 montre le chronogramme des courbes de tension
et de courant qui s'établissent pendant le fonctionnement
du dispositif des figures la, lb.
Les éléments piézo-électriques, dont la charge et la décharge seront décrites de manière plus détaillée ciaprès, s'utilisent par exemple comme éléments d'actionnement dans des buses d'injection de carburant (notamment dans le système d'injection dit (en rail commun) des moteurs à combustion interne. Pour l'utilisation de tels éléments piézoélectriques il n'y a en principe aucune limitation ; les éléments piézo-électriques peuvent en principe être utilisés n'importe où et pour des durées indéterminées.
Pour cela on suppose que les éléments piézoélectriques se dilatent lorsqu'ils sont sollicités en charge et qu'ils se contractent lorsqu'ils sont sollicités en décharge. L'invention s'applique évidemment également à une situation exactement inversée.
Le procédé et le dispositif tels que décrits se caractérisent entre autres en ce que le courant de charge pour charger l'élément piézo-électrique et le courant de décharge pour décharger l'élément piézo-électrique, s'établissent en tenant compte de la capacité de l'élément piézoélectrique.
Un dispositif pour charger et décharger un élément piézo-électrique avec un courant de charge et de décharge réglable est représenté aux figures la, lb et sera décrit ci-après en se référant à la figure.
L'élément piézo-électrique supposé se charger dans l'exemple envisagé est représenté à la figure la sous la référence 1.
Selon la figure la, l'une des bornes de l'élément piézo-électrique 1 est reliée en permanence à la masse (c'est-à-dire au premier pôle d'une source de tension) alors que l'autre borne de l'élément piézo-électrique est reliée par une bobine 2 (fonctionnant en même temps comme bobine de charge et comme bobine de décharge) et un montage en parallèle formé d'un interrupteur de charge 3 et d'une diode 4, au second pôle de la source de tension et, par la bobine 2 et le montage en parallèle formé de l'interrupteur de décharge 5 et d'une diode 6 au premier pôle de la source de tension.
La source de tension est formée d'une batterie 7 (par exemple une batterie de véhicule automobile), d'un convertisseur de tension continue 8 en aval de la batterie et d'un condensateur 9 servant de condensateur tampon en aval du convertisseur de tension. Grâce à ce montage, la tension de la batterie (par exemple 12 V) est convertie en une tension continue, différente, essentiellement quelconque, pour être fournie comme tension d'alimentation.
La figure lb montre un mode de réalisation particulièrement avantageux. Les éléments déjà décrits dans la figure la portent les mêmes références. Dans ce mode de réalisation, entre les interrupteurs 3 et 5 et l'élément piézo-électrique, on a un filtre 10 et une diode 20. L'anode de la diode 20 est reliée à une borne de l'élément piézoélectrique 1. La cathode de la diode 20 est reliée à la bobine 2. Le filtre 10 est relié, d'une part, aux deux bornes de la diode 20 et, d'autre part, aux deux bornes de la diode 6.
Le filtre branché à la sortie de l'étage de puissance assure le lissage du courant et de la tension. Cela donne une forme de courant et de tension correspondant à une commande de circuit oscillant. Cela permet de minimiser les perturbations électromagnétiques. Les pointes de courant qui se produisent à la coupure de l'interrupteur de charge 3 et/ou de l'interrupteur de décharge 5 sont ainsi lissées.
La diode 20 possède une fonction protectrice.
Cette diode 20 évite les tensions négatives qui pourraient endommager l'élément piézo-électrique.
Dans le mode de réalisation représenté, le filtre 20 comporte une inductance en série avec la bobine 2. Il est en outre prévu une capacité 11 en parallèle sur les diodes 20 et 6.
Dans un mode de réalisation simplifié on peut supprimer l'inductance 12. Cela s'applique également à la diode 20.
Cela permet d'économiser des composants de sorte que la bobine 2 et l'inductance 12 constituent un ensemble de construction, c'est-à-dire que l'on a uniquement une bobine avec une prise centrale.
Le chargement et le déchargement de l'élément piézo-électrique 1 se font de manière cadencée dans l'exemple envisagé. Cela signifie que l'interrupteur de charge 3 et l'interrupteur de décharge 5 sont ouverts et fermés de manière répétée pendant l'opération de charge et de décharge.
Les conditions qui s'établissent alors seront décrites ci-après en se référant aux figures 2 à 5 : les figures 2 et 3 correspondent à la charge de l'élément piézoélectrique 1 ; les figures 4 et 5 correspondent à la décharge de l'élément piézo-électrique 1.
L'interrupteur de charge 3 et l'interrupteur de décharge 5 sont ouverts aussi longtemps qu'il n'y a pas de charge ou de décharge de l'élément piézo-électrique 1. Le circuit représenté à la figure 1 se trouve dans cette situation pour l'état stationnaire. Cela signifie que l'élément piézo-électrique 1 conserve son état de charge essentiellement inchangé et qu'il n'y a passage d'aucun courant.
Au début de la charge de l'élément piézoélectrique 1, l'interrupteur de charge 3 est fermé et ouvert de manière répétée ; par contre l'interrupteur de décharge 5 reste ouvert.
A la fermeture de l'interrupteur de charge 3 on se trouve dans les conditions représentées à la figure 2. Cela signifie que l'on a un circuit formé du montage en série de l'élément piézo-électrique 1, du condensateur 9 et de la bobine 2 ; un courant iLE(t) passe dans ce circuit selon les flèches indiquées à la figure 2. Ce passage du courant se traduit par une accumulation d'énergie dans la bobine 2. Le flux d'énergie dans la bobine 2 est assuré par la différence de potentiel, positive, entre le condensateur 9 et l'élément piézo-électrique 1.
Pour une ouverture de l'interrupteur de charge 3 qui se produit peu après sa fermeture (par exemple quelques As) on se trouve dans la situation représentée à la figure 3.
On a ainsi un circuit fermé composé du montage en série de l'élément piézo-électrique 1, de la diode 6 et de la bobine 2 ; un courant iLA(t) circule comme indiqué à la figure 3 par les flèches. Ce passage du courant fait que l'énergie accumulée dans la bobine 2 passe en totalité dans l'élément piézoélectrique 1.
En fonction de l'apport d'énergie à l'élément piézo-électrique, sa tension et ses dimensions extérieures augmentent. Après le transport d'énergie de la bobine 2 à l'élément piézo-électrique 1, on se retrouve de nouveau dans l'état stationnaire déjà évoqué ci-dessus du circuit de la figure la.
Puis, ou même avant, ou seulement après, (suivant le profil chronologique souhaité pour l'opération de charge) l'interrupteur de charge 3 est de nouveau fermé puis ouvert si bien que les opérations décrites ci-dessus se répètent.
Par la nouvelle fermeture et ouverture de l'interrupteur de charge 3, l'énergie accumulée dans l'élément piézo-électrique 1 augmente (l'énergie déjà accumulée dans l'élément piézoélectrique et le nouvel apport d'énergie s'additionnent) de sorte que la tension et les dimensions extérieures de l'élément piézo-électrique augmentent.
Si l'on répète l'ouverture un grand nombre de fois, et la fermeture décrites de l'interrupteur de charge 3 la tension et la dilatation de l'élément piézo-électrique augmentent pas à pas (voir à cet effet la courbe A de la figure 6 qui sera décrite en détail ultérieurement).
Si pendant une durée prédéterminée et/ou pour un nombre prédéterminé de fois l'interrupteur de charge est fermé ou ouvert et/ou si l'élément piézo-électrique 1 atteint l'état de charge souhaité, on termine la charge de l'élément piézo-électrique en laissant ouvert l'interrupteur de charge 3.
Pour décharger de nouveau l'élément piézoélectrique 1 on procède en fermant et en ouvrant de manière répétée l'interrupteur de décharge 5 ; à ce moment l'interrupteur de charge 3 reste ouvert.
En fermant l'interrupteur de décharge 5 on se trouve dans les conditions représentées à la figure 4. On a un circuit électrique fermé composé du montage en série de l'élément piézo-électrique 1 et de la bobine 2 ; dans ce circuit passe un courant iEE(t) indiqué par des flèches sur la figure. Ce passage du courant fait que l'énergie accumulée dans l'élément piézo-électrique (une partie de celle-ci) passe dans la bobine 2. En fonction du transfert d'énergie de l'élément piézo-électrique 1 vers la bobine 2, la tension et les dimensions extérieures de l'élément piézo-électrique augmentent.
Si, peu après la fermeture de l'interrupteur de décharge 5 (par exemple quelques ps) on ouvre de nouveau celui-ci, on rencontre les conditions représentées à la figure 5. Cela signifie que l'on forme un circuit électrique composé du montage en série de l'élément piézo-électrique 1, du condensateur 9, de la diode 4 et de la bobine 2 ; ce circuit est traversé par un courant iEA(t) indiqué par des flèches sur la figure. Ce passage du courant assure un transfert en retour complet de l'énergie de la bobine 2 vers le condensateur 9.
Auprès ce transfert d'énergie, de la bobine 2 vers le condensateur 9, on se trouve de nouveau dans l'état stationnaire évoqué déjà ci-dessus du circuit de la figure la.
Puis, ou même déjà avant ou seulement après (suivant le profil chronologique souhaité pour l'opération de décharge), on ferme de nouveau l'interrupteur de décharge 5 et on l'ouvre de nouveau, ce qui aboutit aux opérations déjà décrites ci-dessus. Par la fermeture et l'ouverture répétées de l'interrupteur de décharge 5, l'énergie stockée dans l'élément piézo-électrique 1 diminue et, de façon correspondante, la tension et les dimensions extérieures de l'élément piézo-électrique diminuent également.
Si l'on répète un grand nombre de fois, les opérations d'ouverture et de fermeture décrites ci-dessus de l'interrupteur de décharge 5 la tension qui s'établit sur l'élément piézo-électrique et la dilatation de l'élément piézo-électrique diminuent par paliers (voir à cet effet la courbe A de la figure 6).
Si l'interrupteur de décharge 5 était fermé et/ou ouvert pendant une durée prédéterminée et/ou un nombre prédéterminé de fois et/ou si l'élément piézo-électrique avait atteint l'état de décharge souhaité, on terminerait la décharge de cet élément piézo-électrique en laissant l'interrupteur de décharge 5 ouvert.
L'importance et le profil de la charge et de la décharge sont définis par la fréquence et la durée de l'ouverture et de la fermeture de l'interrupteur de charge 3 et de l'interrupteur de décharge 5. Cela est vrai non seulement pour le dispositif représenté aux figures la, lb mais également pour tous les dispositifs qui effectuent une charge et/ou une décharge comparables d'éléments piézo-électriques les dispositifs envisagés doivent simplement convenir pour une charge et une décharge cadencées et/ou pour un ou plusieurs éléments piézo-électriques.
Il convient de remarquer que les dispositifs selon la figure 7 ne sont pas conçus pour une charge et/ou une décharge cadencée d'éléments piézo-électriques. Dans ces dispositif s les bobines de charge et de décharge fonctionnent en effet comme l'élément inductif d'un circuit oscillant LC formé avec un élément piézo-électrique ; l'inductance de l'élément inductif et la capacité de l'élément piézoélectrique définissent seules le tracé et l'amplitude de la charge et de la décharge (on peut charger et décharger chaque fois seulement avec la première demi-onde de courant de la première oscillation, car la poursuite de l'oscillation du circuit oscillant est interdite par les diodes du circuit de charge et du circuit de décharge).
Contrairement à cela, pour des dispositifs conçus pour une charge et une décharge cadencées (par exemple des dispositifs selon le type de la figure la ou lb), la bobine (ou un autre élément ayant des caractéristiques inductives) sont utilisés comme des accumulateurs intermédiaires d'énergie qui stockent de l'énergie électrique (sous forme d'énergie magnétique) fournie en alternance par la source de courant (à la charge) et l'élément piézo-électrique (lors de la décharge) et - après un actionnement correspondant de l'interrupteur - restituent l'énergie accumulée sous la forme d'énergie électrique à l'élément piézo-électrique (à la charge) ou à un autre accumulateur d'énergie ou à un utilisateur d'énergie (à la décharge), si bien que les instants et la durée (et ainsi également l'importance) de l'accumulation d'énergie et de la libération d'énergie, sont définis par les actionnements des interrupteurs.
Cela permet de charger et de décharger, à la demande, l'élément piézo-électrique un nombre quelconque de fois avec des intervalles d'importance quelconque et de durée quelconque.
Si l'on utilise les possibilités indiquées cidessus pour que les interrupteurs s'ouvrent de nouveau et se ferment de manière répétée, et pour que l'élément piézoélectrique soit amené, pour un courant de charge/décharge moyen, prédéterminé, à une tension donnée, on peut effectuer la charge et la décharge des éléments piézo-électriques de manière protégée pour ceux-ci et les adapter simplement aux conditions et variantes individuelles.
En actionnant l'interrupteur de charge 3 et l'interrupteur de décharge 5, on réalise une installation de commande ou de régulation non représentée à la figure 1.
Cette installation de commande ou de régulation exécute une telle ouverture et fermeture de l'interrupteur de charge 3 et de l'interrupteur de décharge 5 pour que l'élément piézoélectrique à charger ou à décharger soit mis à une tension prédéterminée en respectant un courant moyen prédéterminé (courant de charge ou courant de décharge) pour passer à une tension prédéterminée.
L'interrupteur de charge 3 ou l'interrupteur de décharge 5 sont ainsi ouverts et fermés à des instants donnés ; les instants pendant lesquels les interrupteurs respectifs sont fermés et les instants pendant lesquels les interrupteurs respectifs sont ouverts, peuvent être de même durée ou de durées différentes, et peuvent même être modifiés de façon quelconque à l'intérieur de l'opération de charge ou de décharge respective.
Le courant de charge ou de décharge qui s'établit ainsi est fixé, dans l'exemple envisagé, en tenant compte de la capacité de l'élément piézo-électrique à charger ou à décharger, et le courant de charge ou le courant de décharge sont maintenus essentiellement constants pendant l'opération de charge ou de décharge respective ; le cas échéant, les variations de courant de charge et/ou de décharge peuvent également se faire pendant une opération de charge ou de décharge.
La capacité de l'élément piézo-électrique en fonction duquel on modifie le courant de charge ou le courant de décharge, n'est pas mesurée directement dans l'exemple envisagé, mais par l'importance de l'extension ou de la contraction de l'élément piézo-électrique pendant la charge ou la décharge de celui-ci. On utilise ainsi le fait que les variations de longueur produites par la charge ou la décharge de l'élément piézo-électrique sont proportionnelles à la tension qui s'établit par la charge ou la décharge de l'élément piézo-électrique, et que la tension qui se règle sur l'élément piézo-électrique lorsque celui-ci est chargé ou déchargé pendant une durée déterminée à un courant donné, dépendent essentiellement de la capacité de l'élément piézoélectrique.
La relation entre la variation de longueur de l'élément piézo-électrique, qui dépend de la tension sur l'élément piézo-électrique et de la capacité de l'élément piézo-électrique, se définit mathématiquement par la relation suivante Al=d33.U=d33 Cp in ton dans cette formule
Al variation de longueur de l'élément piézo-électrique d33 constante de charge piézo-électrique u tension qui se règle sur l'élément piézo-électrique
Cp capacité de l'élément piézo-électrique in courant de charge-décharge pour l'opération de
charge actuelle, et temps de décharge pour l'opération de charge
(opération de décharge) actuelle.
Al variation de longueur de l'élément piézo-électrique d33 constante de charge piézo-électrique u tension qui se règle sur l'élément piézo-électrique
Cp capacité de l'élément piézo-électrique in courant de charge-décharge pour l'opération de
charge actuelle, et temps de décharge pour l'opération de charge
(opération de décharge) actuelle.
Si la variation de longueur produite sur l'élément piézo-électrique à la charge ou à la décharge de cet élément par un courant de charge ou de décharge prédéterminé, est atteinte après un certain temps, mais ne correspond pas à la valeur de consigne, alors, à partir de la déviation de la valeur réelle par rapport à la valeur de consigne, on calcule un coefficient de correction par lequel il faut multiplier le courant de charge ou de décharge utilisé, pour déterminer le courant par lequel il faut charger ou décharger l'élément piézo-électrique pendant la durée prédéterminée et obtenir ainsi la variation de longueur de consigne ; le courant de charge ou de décharge utilisable peut évidemment se définir également en utilisant un tableau approprié ou d'autres moyens de ce type. Pour éviter des sauts trop importants du courant de charge ou de décharge, il faut prévoir des coefficients d'adaptation et/ou des seuils pour le coefficient de correction et/ou le courant de charge ou de décharge.
Il est encore plus simple que l'adaptation du courant de charge ou de décharge à la capacité de l'élément piézo-électrique repose non pas sur la variation de longueur de l'élément piézo-électrique, mais sur le temps pendant lequel l'élément piézo-électrique se charge ou se décharge jus qu'à obtenir une tension prédéterminée. Le coefficient de correction envisagé, par lequel il faut multiplier le courant in l utilisé pour l'opération de charge ou de décharge d'ordre n-l, pour déterminer le courant in qu'il faut fournir à l'élément piézo-électrique au cours de l'intervalle d'ordre (n) suivant pour l'opération de charge et de décharge (temps prédéterminé), pour atteindre la tension prédéterminée, se déduit alors de la formule suivante tn~l
tcons dans cette formule tn l représente le temps pendant lequel l'élément piézo-
électrique doit être chargé ou déchargé au courant
in-l pour atteindre la tension prédéterminée tcons représente le temps après lequel l'élément piézo
électrique doit atteindre la tension prédéterminée
à la charge ou à la décharge.
tcons dans cette formule tn l représente le temps pendant lequel l'élément piézo-
électrique doit être chargé ou déchargé au courant
in-l pour atteindre la tension prédéterminée tcons représente le temps après lequel l'élément piézo
électrique doit atteindre la tension prédéterminée
à la charge ou à la décharge.
Cela signifie que, pour l'opération de charge ou de décharge d'ordre n, les courants de décharge ou de charge, utilisés, i,, se calculent de la manière suivante
in=in-l t
1n 'n-i tcons
Dans ce cas également on peut utiliser des coefficients d'amortissement naturels ou des seuils pour le coefficient de correction et/ou le courant de charge ou de décharge.
in=in-l t
1n 'n-i tcons
Dans ce cas également on peut utiliser des coefficients d'amortissement naturels ou des seuils pour le coefficient de correction et/ou le courant de charge ou de décharge.
L'adaptation du courant de charge ou de décharge à la capacité de l'élément piézo-électrique à charger ou à décharger en fonction du temps, nécessaire pour atteindre une tension prédéterminée, est plus simple qu'une adaptation reposant sur la variation de longueur de l'élément piézoélectrique car la mesure de la tension et du temps est plus simple que la mesure de la variation de longueur de l'élément piézo-électrique.
Indépendamment de la base de l'adaptation, on peut obtenir que l'élément piézo-électrique subisse, par la charge et la décharge, pendant une durée prédéterminée, une variation de longueur donnée. Cela est très avantageux car 1) l'élément piézo-électrique n'excite pas toujours d'une ma
nière exactement identique le système correspondant, et 2) on évite que le système comportant l'élément piézo
électrique se mette à osciller du fait des déviations par
rapport au profil de mouvement so
à une dilatation trop faible ou une compression de l'élément).
nière exactement identique le système correspondant, et 2) on évite que le système comportant l'élément piézo
électrique se mette à osciller du fait des déviations par
rapport au profil de mouvement so
à une dilatation trop faible ou une compression de l'élément).
Le courant de charge et de décharge ainsi fixé, qui passe réellement, peut s'obtenir par une installation de commande ou une installation de régulation ; le passage du courant se règle à la fois à la commande et à la régulation par une ouverture et une fermeture exceptionnellement fréquentes et longues pour l'interrupteur de charge et l'interrupteur de décharge.
Finalement, à la fois pour la commande et pour la régulation, pour charger et décharger l'élément piézoélectrique, on procède comme cela est indiqué à titre d'exemple à la figure 6.
La figure 6 montre les courbes suivantes - la référence A désigne la courbe du tracé de la tension ré
glée sur l'élément piézo-électrique, - la courbe portant la référence B montre le courant de
charge ou de décharge qui assure la charge ou la décharge
de l'élément piézo-électrique, - la courbe portant la référence C désigne l'état de commuta
tion de l'interrupteur de charge et - la courbe portant la référence D désigne l'état de commuta
tion de l'interrupteur de décharge.
glée sur l'élément piézo-électrique, - la courbe portant la référence B montre le courant de
charge ou de décharge qui assure la charge ou la décharge
de l'élément piézo-électrique, - la courbe portant la référence C désigne l'état de commuta
tion de l'interrupteur de charge et - la courbe portant la référence D désigne l'état de commuta
tion de l'interrupteur de décharge.
Par la fermeture et l'ouverture répétées, comme indiqué ci-dessus, d'un interrupteur de charge (courbe C), on obtient un courant de charge (courbe B) variant, mais en moyenne identique, qui établit dans l'exemple envisagé, sur l'élément piézo-électrique, une tension (courbe A) croissant en moyenne régulièrement vers la valeur finale prévue ; la fermeture et l'ouverture répétées, comme indiqué, de l'interrupteur de décharge (courbe D) donne certes un courant de décharge (courbe B) oscillant mais en moyenne constant ce courant, dans l'exemple représenté, établit sur l'élément piézo-électrique, une tension (courbe A) qui se répercute régulièrement sur une valeur d'extrémité prévue.
Le courant de charge ou de décharge moyen, mais également la tension à laquelle il faut charger ou décharger l'élément piézo-électrique, sont variables dans l'exemple en visagé et peuvent être fixés non seulement en fonction de la capacité de l'élément piézo-électrique mais également, en outre, notamment en fonction de la quantité de carburant qu'il faut injecter par injection, de la vitesse de rotation du moteur, de la pression dans la rampe ou de la température du moteur.
Selon un autre mode de réalisation, la charge et la décharge de l'élément piézo-électrique 1 se font par une commande à plusieurs paliers. Cela signifie que l'interrupteur de charge 3 ou l'interrupteur de décharge 5 sont plusieurs fois fermés et ouverts pendant l'opération de charge et l'opération de décharge. Dans l'exemple représenté, on a une commande à deux étages, c'est-à-dire que l'interrupteur de charge 3 et l'interrupteur de décharge 1 sont commandés chacun deux fois.
Selon la figure 8 - la référence A désigne la courbe de la tension s'établis
sant sur l'élément piézo-électrique, - la référence B désigne la courbe du courant de charge ou du
courant de décharge à travers l'élément piézo-électrique en
charge ou en décharge, - la courbe C désigne l'état de commutation de l'interrupteur
de charge et - la courbe référencée D désigne l'état de charge de
l'interrupteur de décharge.
sant sur l'élément piézo-électrique, - la référence B désigne la courbe du courant de charge ou du
courant de décharge à travers l'élément piézo-électrique en
charge ou en décharge, - la courbe C désigne l'état de commutation de l'interrupteur
de charge et - la courbe référencée D désigne l'état de charge de
l'interrupteur de décharge.
A partir d'une double fermeture et ouverture de l'interrupteur de charge (courbe C) on obtient un courant de charge (courbe B) qui augmente et diminue deux fois, par lequel, dans l'exemple envisagé, on arrive sur l'élément piézoélectrique à une tension (courbe A) croissant en deux niveaux jusqu'à une valeur finale prédéterminée ; à partir de la fermeture et de l'ouverture double de l'interrupteur de décharge (courbe D) on obtient un courant de décharge descendant et augmentant deux fois (courbe B) qui, dans l'exemple envisagé, règle une tension décroissante sur l'élément piézoélectrique, à une valeur prédéterminée, dans deux étages (courbe A).
Les courants de charge et de décharge, les durées des différentes commandes, mais également la tension à laquelle on charge ou décharge l'élément piézo-électrique de l'exemple de réalisation envisagé, sont variables et peuvent être fixés non seulement en fonction de la capacité de l'élément piézo-électrique mais en outre notamment en fonction de la quantité de carburant injectée par opération d'injection, qui se fixe en fonction de la rotation du moteur, de la pression dans la rampe ou de la température du moteur.
Les composants sont dimensionnés pour atteindre le niveau de tension souhaité, chaque fois avec l'opération de commutation. Cela permet de réduire le nombre de commutations. Cela donne, en plus d'une courbe de tension continue, également des perturbations électromagnétiques faibles et ainsi de faibles pertes de commutation.
En outre, la commande se simplifie considérablement au niveau des interrupteurs de puissance. On peut supprimer un calcul complexe de la durée de commutation.
Le procédé et le dispositif décrits ci-dessus permettent ainsi, indépendamment des détails de leur réalisation pratique, d'effectuer la charge et la décharge des éléments piézo-électriques dans n'importe quelle circonstance, de manière rapide et étendue.
Claims (6)
- 20) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le courant de charge ou le courant de décharge sont modifiés en tenant compte de la capacité momentanée de l'élément piézo-électrique (1).3 ) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le courant de charge ou le courant de décharge sont modifiés par rapport à une valeur de consigne pour tenir compte des déviations de capacité de l'élément piézo-électrique (1).
- 40) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la déviation de la capacité de l'élément piézo-électrique (1) par rapport à la valeur de consigne se fait en s'appuyant sur la variation de longueur de l'élément piézo-électrique, variation de longueur qui résulte du chargement ou du déchargement.
- 50) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la déviation de la capacité de l'élément piézo-électrique (1) par rapport à la valeur de consigne se fait en fonction du temps pendant lequel l'élément piézo-électrique ne peut être chargé ou déchargé pour atteindre la tension prédéterminée.
- 60) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'opération de charge ou de décharge suivante se font en utilisant un courant de décharge ou de charge, avec multiplication du courant de charge ou de décharge utilisé pour l'opération de charge ou de décharge précédente, et calcul d'un coefficient de correction.
- 70) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le coefficient de correction repose sur le rapport entre la valeur réelle ou les dimensions calculées selon l'opération de charge ou de décharge, et les valeurs de consigne de ces grandeurs.
- 80) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le coefficient de correction ou le courant de charge ou de décharge sont limités en utilisant des seuils ou des coefficients d'amplification pour l'amplitude ou les variations d'amplitude.9 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le courant de charge ou le courant de décharge sont maintenus essentiellement constants pendant une opération de charge ou de décharge.10 ) Dispositif pour charger et décharger un élément piézoélectrique (1), caractérisé par une installation de commande ou de régulation appliquée pour régler l'élément piézo-électrique, le courant de charge pour charger l'élément piézo-électrique ou le courant de décharge pour décharger l'élément piézo-électrique en tenant compte de la capacité de l'élément piézo-électrique à régler.
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|---|---|---|---|
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Citations (6)
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| DE19652801C1 (de) * | 1996-12-18 | 1998-04-23 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern wenigstens eines kapazitiven Stellgliedes |
-
1999
- 1999-02-08 FR FR9901435A patent/FR2774825B1/fr not_active Expired - Fee Related
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1995, no. 07 31 August 1995 (1995-08-31) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| ST | Notification of lapse |
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