DE102004030249A1 - Piezoaktor-Ansteuerschaltung zur Aufladung und Entladung eines Piezoaktors - Google Patents

Piezoaktor-Ansteuerschaltung zur Aufladung und Entladung eines Piezoaktors Download PDF

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Yasuhiro Nishio Fukagawa
Yasuyuki Nishio Sakakibara
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Abstract

Eine Piezoaktor-Ansteuerschaltung umfasst eine erste Stromeinstelleinrichtung (4a) zur Einstellung eines Aufladungsstroms, der in einen Piezoaktor (2) über einen einen Kondensator (12) über eine Induktionsspule (301) mit dem Piezoaktor (2) verbindenden ersten Stromkreis (31) hineinfließt, eine zweite Stromeinstelleinrichtung (4b) zur Einstellung eines Entladungsstroms, der aus dem Piezoaktor (2) über einen die Induktionsspule (301) mit dem Piezoaktor (2) verbindenden zweiten Stromkreis (32) herausfließt, eine Leistungsmesseinrichtung (5) zur Ermittlung der Ansteuerleistung des Piezoaktors (2), eine Sollwert-Einstelleinrichtung (6a, 6b) zur Abgabe eines Sollwertes, der vorher als geeignete Sollleistung zur Ansteuerung des Piezoaktors (2) eingestellt wird, sowie eine Aufladungs-/Entladungs-Regeleinrichtung (7) zur Regelung der ersten Stromeinstelleinrichtung (4a) und der zweiten Stromeinstelleinrichtung (4b), dahingehend, dass der jeweilige Messwert der Ansteuerleistung des Piezoaktors (2) zur Erzielung gleichförmiger Aufladungs- und Entladungsvorgänge des Piezoaktors (2) auf den Sollwert eingeregelt wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Piezoaktor-Ansteuerschaltung sowie auf ein Piezoaktor-Ansteuerverfahren zur Aufladung und Entladung eines piezoelektrischen Stellgliedes bzw. Piezoaktors, bei dem der bei Blei-Zirkonat-Titanat-Keramik (PZT) oder einem anderen piezoelektrischen Material auftretende piezoelektrische Effekt ausgenutzt wird. Ein solcher Piezoaktor findet z.B. bei einem Kraftstoffinjektor einer Brennkraftmaschine Verwendung, d.h., in einem solchen Fall dient der Piezoaktor als Einrichtung zur jeweiligen Umschaltung des Kraftstoffinjektors zwischen einem Kraftstoffeinspritzzustand und einem Zustand, bei dem die Kraftstoffeinspritzung unterbrochen bzw. beendet ist. Hierbei besitzt der Piezoaktor im wesentlichen einen Kondensatoraufbau aus Schichten mit piezoelektrischen Eigenschaften, die jeweils aus einem piezoelektrischen Material und Elektrodenschichten bestehen und abwechselnd in Form einer Schichtanordnung bzw. eines Laminats übereinander geschichtet sind. Bei der Aufladung eines Piezoaktors erfolgt eine Expansion, während bei der Entladung eines Piezoaktors eine Kontraktion erfolgt, sodass ein Piezoaktor einen Aktor (ein Stellglied) darstellt, über den nur bei seiner Expansion oder Kontraktion ein elektrischer Strom fließt.
  • Eine Piezoaktor-Ansteuerschaltung stellt eine Schaltungsanordnung dar, die durch Aufladung und Entladung des Piezoaktors eine Umschaltung des Betriebszustands des Piezoaktors von einem Expansionszustand in einen Kontraktionszustand und umgekehrt herbeiführt. Üblicherweise umfasst eine Piezoaktor-Ansteuerschaltung eine Stromversorgungseinrichtung, eine Stromeinstellschaltung und eine Aufladungs-/Entladungs-Regelschaltung. Die Stromeinstellschaltung stellt eine Schaltungsanordnung dar, die den in den Piezoaktor in seiner Eigenschaft als elektrisches Ladungsaufnahmeelement hineinfließenden elektrischen Strom und den aus dem Piezoaktor in seiner Eigenschaft als elektrisches Ladungsabgabeelement herausfließenden elektrischen Strom steuert. Die Aufladungs-/Entladungs-Regelschaltung dient zur Steuerung der Stromeinstellschaltung bei der Ansteuerung des Piezoaktors.
  • Die Ansteuerspannung des Piezoaktors muss ausreichend hoch bemessen sein, um das für die Expansion des Piezoaktors erforderliche elektrische Feld erzeugen zu können. Bei einer üblichen Piezoaktor-Ansteuerschaltung findet daher ein Gleichspannungswandler zur Anhebung einer üblichen Batteriespannung von 12 V auf eine Hochspannung von zumindest 150 V Verwendung, die zur Ansteuerung des Piezoaktors erforderlich ist. Die von dem Gleichspannungswandler erzeugte Hochspannung wird sodann einem Kondensator zu dessen Aufladung zugeführt, der dann als Stromversorgungseinrichtung bzw. Spannungsquelle für den Piezoaktor dient. Außerdem umfasst die Piezoaktor-Ansteuerschaltung einen ersten Stromkreis, einen zweiten Stromkreis, einen Ladeschalter und einen Entladeschalter. Der erste Stromkreis verbindet den Kondensator über eine Induktivität bzw. Induktionsspule mit dem Piezoaktor, während der zweite Stromkreis die Induktionsspule mit dem Piezoaktor unter Umgehung des Kondensators verbindet. Der Ladeschalter dient zum Einschalten und Abschalten des über den ersten Stromkreis fließenden elektrischen Stroms, während der Entladeschalter zum Einschalten und Abschalten des über den zweiten Stromkreis fließenden elektrischen Stroms dient. Bei einem Ansteuervorgang zur Aufladung des Piezoaktors wird der Ladeschalter wiederholt eingeschaltet und abgeschaltet. Während einer Einschaltzeit des Ladeschalters fließt ein allmählich auf einen Spitzenwert ansteigender Ladestrom über den ersten Stromkreis, während bei einer Abschaltzeit des Ladeschalters der dann in Bezug auf den Spitzenwert allmählich abnehmende Ladestrom über den zweiten Stromkreis geführt wird. Bei einem Ansteuervorgang zur Entladung des Piezoaktors wird dagegen der Entladeschalter wiederholt eingeschaltet und abgeschaltet. Während einer Einschaltzeit des Entladeschalters fließt ein allmählich auf einen Spitzenwert ansteigender Entladestrom über den zweiten Stromkreis, während bei einer Abschaltzeit des Entladeschalters der dann in Bezug auf den Spitzenwert allmählich abnehmende Entladestrom über den ersten Stromkreis geführt wird.
  • Im übrigen ist bereits ein Keramikkondensator mit einem ähnlichen Aufbau wie eine Piezoelement-Schichtanordnung (Piezostapel) und jeweiligen Schichten mit einer Dicke von nur einigen Mikrometern in der Praxis als Kondensator verwendet worden, wobei auch Fortschritte in Bezug auf die Herstellung eines solchen Piezostapels in Form einer Dünnschichtanordnung erzielt worden sind, sodass nun auch eine Niederspannungs-Ansteuerung in Betracht gezogen werden kann. Allerdings ist die Batterie eines Kraftfahrzeugs einer zunehmenden Belastung durch den von einer immer größer werdenden Anzahl von elektronischen Geräten im Kraftfahrzeug verursachten hohen Stromverbrauch ausgesetzt, sodass eine Anhebung der Batteriespannung zur Verringerung von Verlusten ebenfalls in Betracht gezogen wird. Darüber hinaus findet bei einem Hybrid-Kraftfahrzeug bereits ein Hochspannungs-Batteriesystem Verwendung, sodass auch ein Schaltungsaufbau der Ansteuerschaltung ohne Verwendung eines Gleichspannungswandlers möglich erscheint.
  • Aus der JP-A 2002-101 673 ist in diesem Zusammenhang eine Piezoaktor-Ansteuerschaltung bekannt, bei der anstelle der Verwendung eines Gleichspannungswandlers ein Transformator zwischen eine Batterie und einen Piezoaktor geschaltet ist, sodass eine von dem Transformator erzeugte hohe Ansteuerspannung dem Piezoaktor zugeführt werden kann. Die Schaltungsanordnung umfasst außerdem einen Ladeschalter, der in einem die Batterie mit der Primärwicklung des Transformators verbindenden Stromkreis angeordnet ist, sowie einen Entladeschalter, der in einem den Piezoaktor mit der Sekundärwicklung des Transformators verbindenden Stromkreis angeordnet ist. Bei einem Aufladungsvorgang des Piezoaktors wird der Ladeschalter zur Zuführung eines elektrischen Stroms von der Batterie zu der Primärwicklung eingeschaltet und sodann abgeschaltet, um der Sekundärwicklung einen Rücklaufstrom zuzuführen. Bei einem Entladungsvorgang des Piezoaktors wird dagegen der Entladeschalter zur Zuführung eines elektrischen Stroms vom Piezoaktor zu der Sekundärwicklung eingeschaltet und sodann abgeschaltet, um der Primärwicklung einen Rücklaufstrom zuzuführen. Durch wiederholtes Einschalten und Abschalten des Ladeschalters kann der Aufladungs-Ansteuervorgang des Piezoaktors beschleunigt werden, während durch wiederholtes Einschalten und Abschalten des Entladeschalters der Entladungs-Ansteuervorgang des Piezoaktors beschleunigt werden kann.
  • Hierbei verändern sich jedoch die von dem Kondensator und der Batterie abgegebenen Spannungen, d.h., es treten Änderungen der von der Spannungsversorgungseinrichtung abgegebenen Spannung und/oder der Kapazität des Piezoaktors auf, sodass die Aufladungs- und Entladungsvorgänge nicht gleichförmig verlaufen. So treten z.B. zeitliche Streuungen bei der Zeitdauer auf, die zum Erreichen einer vorgegebenen elektrischen Ladungsmenge bei einem Aufladungsvorgang erforderlich ist, sodass die Expansions- und Kontraktionsvorgänge des Piezoaktors ungleichmäßig verlaufen und hierdurch z.B. ungleichmäßige Expansions- und Kontraktionsgeschwindigkeiten erhalten werden. Wenn der Piezoaktor in Verbindung mit einem Kraftstoffinjektor Verwendung findet, besteht somit die Gefahr, dass sich die Dosierungsgenauigkeit der eingespritzten Kraftstoffmenge sowie die Steuerung des Einspritzzeitpunktes verschlechtern, was insbesondere bei Mehrfach-Einspritzvorgängen mit intermittierender Einspritzung einer jeweiligen kleinen Einspritzmenge ein Problem darstellt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Piezoaktor-Ansteuerschaltung anzugeben, mit deren Hilfe gleichförmige Aufladungs- und Entladungsvorgänge zur gleichmäßigen Ansteuerung eines Piezoaktors und die Beendigung von Aufladungs- und Entladungsvorgängen in vorgegebenen Zeiten erzielbar sind.
  • Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen angegebenen Mitteln gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Piezoaktor-Ansteuerschaltung zur Aufladung und Entladung eines Piezoaktors umfasst eine elektrische Lastmesseinrichtung sowie eine Sollwert-Einstelleinrichtung. Die elektrische Lastmesseinrichtung dient zur Ermittlung der elektrischen Last des Piezoaktors bei jeweiligen Zeitpunkten während einer Ansteuerperiode des Piezoaktors, bei der eine Aufladung oder Entladung des Piezoaktors erfolgt. Die Sollwert-Einstelleinrichtung dient zur Einstellung eines Sollwertes der elektrischen Last des Piezoaktors für jeden dieser Zeitpunkte während der Ansteuerperiode des Piezoaktors. Ein Messwert der elektrischen Last des Piezoaktors wird dann bei jedem der Zeitpunkte in der Ansteuerperiode des Piezoaktors auf den Sollwert der elektrischen Last des Piezoaktors eingeregelt.
  • Alternativ umfasst ein Piezoaktor-Ansteuerverfahren zur Aufladung und Entladung eines Piezoaktors einen Mess- bzw. Ermittlungsschritt, einen Einstellschritt sowie einen Regelschritt. Bei dem Mess- bzw. Ermittlungsschritt wird die elektrische Last eines Piezoaktors bei jeweiligen Zeitpunkten während einer Ansteuerperiode des Piezoaktors ermittelt, bei der eine Aufladung oder Entladung des Piezoaktors erfolgt. Bei dem Einstellschritt wird ein Sollwert der elektrischen Last des Piezoaktors für jeden der Zeitpunkte in der Ansteuerperiode des Piezoaktors eingestellt, während bei dem Regelschritt ein Messwert der elektrischen Last des Piezoaktors auf den Sollwert der elektrischen Last des Piezoaktors bei jedem der Zeitpunkte in der Ansteuerperiode des Piezoaktors eingeregelt wird.
  • Hierbei kann als elektrische Last die Ansteuerleistung des Piezoaktors, der in den Piezoaktor fließende Ansteuerstrom bzw. Treiberstrom, die Spannung zwischen den Anschlüssen des Piezoaktors oder die Ansteuerenergie in Betracht gezogen werden. Die Ansteuerenergie wird dann durch Integration der Ansteuerleistung des Piezoaktors über die seit dem Beginn einer Ansteuerperiode des Piezoaktors vergangene Zeit berechnet.
  • Da die Ansteuerleistung bei der Ansteuerung des Piezoaktors bei jedem Zeitpunkt der Ansteuerperiode auf einem angenommenen bzw. vorgegebenen Ansteuerleistungs-Sollwert gehalten wird, werden unabhängig von Schwankungen der von der Strom- bzw. Spannungsversorgungseinrichtung abgegebenen Spannung und Änderungen der Kapazität des Piezoaktors gleichmäßige Aufladungs- und Entladungsvorgänge erhalten. Außerdem wird eine Soll-Energiemenge nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer dem Piezoaktor zugeführt oder vom Piezoaktor wiedergewonnen. Auf diese Weise lässt sich ein ungleichmäßiges Verhalten des Piezoaktors weitgehend unterbinden. Anstelle einer Messung und Regelung der Ansteuerleistung bei der Ansteuerung des Piezoaktors kann eine gleichförmige Ansteuerung des Piezoaktors auch durch Messung und Regelung des Ansteuerstroms, der zwischen seinen Anschlüssen auftretenden Spannung oder der Ansteuerenergie erfolgen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 ein Schaltbild einer Piezoaktor-Ansteuerschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 2 den Verlauf von jeweiligen Steuervorgängen bei der Piezoaktor-Ansteuerschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 3 eine grafische Darstellung von zeitabhängigen Änderungen der Dehnung eines Piezoaktors,
  • 4 ein Schaltbild einer Piezoaktor-Ansteuerschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 5 den Verlauf von jeweiligen Steuervorgängen bei der Piezoaktor-Ansteuerschaltung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
  • 6 ein Schaltbild einer Piezoaktor-Ansteuerschaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 7 den Verlauf von jeweiligen Steuervorgängen bei der Piezoaktor-Ansteuerschaltung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, und
  • 8 ein Schaltbild einer Piezoaktor-Ansteuerschaltung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • Gemäß 1 ist ein von einer Piezoaktor-Ansteuerschaltung angesteuerter Piezoaktor 2 z.B. in einem Injektor zur Kraftstoffeinspritzung einer Brennkraftmaschine angeordnet. Wenn jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ein solcher Injektor zugeordnet ist, ist eine der Anzahl der Zylinder entsprechende Anzahl von Piezoaktoren 2 in Parallelschaltung vorgesehen, wobei mit jedem Piezoaktor 2 ein Zylinder-Wählschalter auf der Basis 1 : 1 in Reihe geschaltet ist. Wenn hierbei Kraftstoff in einen bestimmten Zylinder einzuspritzen ist, wird der mit dem diesem Zylinder zugeordneten spezifischen Piezoaktor 2 verbundene Zylinder-Wählschalter zur selektiven Ansteuerung nur dieses spezifischen Piezoaktors 2 eingeschaltet. Der Piezoaktor-Ansteuerschaltung wird von einer elektrischen Steuereinheit ECU 9 ein Ansteuersignal zugeführt, das den Startzeitpunkt eines Vorgangs zur Aufladung und Entladung des Piezoaktors 2 vorgibt, d.h., das Ansteuersignal legt die Ventil-Schließzeiten und Ventil-Öffnungszeiten eines Injektors der Brennkraftmaschine fest. Hierbei bestimmt die jeweilige Dauer der Ansteuersignale die Länge der Ventil-Schließperioden und Ventil-Öffnungsperioden. Die elektronische Steuereinheit ECU 9 weist einen Mikrocomputer auf und gibt die Ansteuersignale und andere Signale auf der Basis von Messsignalen ab, die ihr von z.B. den Betriebszustand von Bauelementen der Brennkraftmaschine erfassenden Sensoren zugeführt werden.
  • Eine Strom- bzw. Spannungsversorgungseinrichtung 1 umfasst eine im Kraftfahrzeug angeordnete Batterie 11 sowie einen den Anschlüssen der Batterie 11 parallel geschalteten Kondensator 12. Diese Spannungsversorgungseinrichtung 1 erzeugt eine Spannung zur Aufladung des Piezoaktors 2. Für die Batterie 11 kann z.B. ein Batteriesystem mit einer Ausgangsspannung von 42 V verwendet werden. Der Kondensator 12 weist vorzugsweise eine ausreichende elektrostatische Kapazität auf.
  • Die Stromversorgungseinrichtung 1 ist mit dem Piezoaktor 2 über einen ersten Stromkreis 31 mit einer Induktionsspule (Induktivität) 301 verbunden, d.h., der erste Stromkreis 31 verbindet einen positiven Anschluss der Stromversorgungseinrichtung 1 und des Kondensators 12 über die Induktionsspule 301 mit dem positiven Anschluss des Piezoaktors 2. Der erste Stromkreis 31 umfasst außerdem ein mit der Induktionsspule 301 in Reihe geschaltetes erstes Schaltelement 4a in Form eines MOS-Feldeffekttransistors (MOSFET), das zwischen der Stromversorgungseinrichtung 1 und der Induktionsspule 301 angeordnet ist. Eine parasitäre Diode (eine erste parasitäre Diode) 41a des ersten Schaltelements 4a ist derart geschaltet, dass die zwischen den Anschlüssen des Kondensators 12 auftretende Spannung (Kondensatorspannung) der parasitären Diode 41a als Sperr-Vorspannung in der der Durchlassrichtung der parasitären Diode 41a entgegengesetzten Richtung zugeführt wird.
  • Außerdem ist die Induktionsspule 301 zwischen den Piezoaktor 2 und einen zweiten Stromkreis 32 geschaltet, der ein zweites Schaltelement 4b aufweist, das mit einem Verbindungspunkt zwischen der Induktionsspule 301 und dem ersten Schaltelement 4a gekoppelt ist, d.h., der zweite Stromkreis 32 verbindet den positiven Anschluss des Piezoaktors 2 über die Induktionsspule 301 mit Masse. Hierbei umgeht der zweite Stromkreis 32 die Stromversorgungseinrichtung 1 und bildet in Verbindung mit der Induktionsspule 301, dem Piezoaktor 2 und dem zweiten Schaltelement 4b einen geschlossenen Stromkreis. Das zweite Schaltelement 4b besteht ebenfalls aus einem MOS-Feldeffekttransistor (MOSFET). Eine parasitäre Diode (eine zweite parasitäre Diode) 41b des zweiten Schaltelements 4b ist derart geschaltet, das die Kondensatorspannung des Kondensators 12 der parasitären Diode 41b als Sperr-Vorspannung in der der Durchlassrichtung der parasitären Diode 41b entgegengesetzten Richtung zugeführt wird.
  • Der Gate-Elektrode des ersten Schaltelements 4a wird von einer ersten Treiberschaltung 8a ein Steuersignal zugeführt, während der Gate-Elektrode des zweiten Schaltelements 4b von einer zweiten Treiberschaltung 8b ein Steuersignal zugeführt wird. Durch diese Steuersignale werden das erste Schaltelement 4a und das zweite Schaltelement 4b jeweils durchgeschaltet und gesperrt, um den Betrag des in den Piezoaktor 2 in seiner Eigenschaft als Ladungsaufnahmeelement hineinfließenden elektrischen Stroms (Piezoaktorstroms) sowie den Betrag des aus dem Piezoaktor 2 in seiner Eigenschaft als Ladungsabgabeelement herausfließenden elektrischen Stroms (Piezoaktorstroms) einzustellen. Das erste Schaltelement (Ladeschalter) 4a dient hierbei zur Steuerung des in den Piezoaktor 2 hineinfließenden Ladestroms, während das zweite Schaltelement (Entladeschalter) 4b zur Steuerung des aus dem Piezoaktor 2 herausfließenden Entladestroms dient. Hierbei dient der Piezoaktorstrom als Treiberstrom zur Ansteuerung des Piezoaktors 2, d.h., zur Aufladung oder Entladung des Piezoaktors 2.
  • Der Piezoaktor 2 liegt über einen Strommesswiderstand 51 mit einem vorgegebenen Widerstandswert von z.B. 0,01 Ω an Masse. Der Betrag des Piezoaktorstroms kann hierbei durch Überwachung der Spannung gemessen werden, die zwischen den Anschlüssen des Strommesswiderstands 51 auftritt (Strommesswiderstandsspannung). Bei dieser Schaltungsanordnung liegt ein Anschluss des Strommesswiderstands 51 an Masse, sodass die Strommesswiderstandsspannung erhalten werden kann, indem die Spannung an einem Punkt zwischen dem Strommesswiderstand 51 und dem Piezoaktor 2 gemessen wird.
  • Die zwischen den Anschlüssen des Piezoaktors 2 auftretende Spannung (piezoelektrische Spannung) wird über einen Pufferverstärker 52 zusammen mit der Strommesswiderstandsspannung einer Multiplizierschaltung 53 zugeführt. Die Strommesswiderstandsspannung stellt somit ein Messsignal dar, das den piezoelektrischen Strom repräsentiert. Die Multiplizierschaltung 53 bildet in Verbindung mit dem Pufferverstärker 52 und dem Strommesswiderstand 51 eine Leistungsmesseinrichtung 5. Hierbei berechnet die Multiplizierschaltung 53 ein Produkt durch Multiplikation der Piezoaktorspannung mit dem piezoelektrischen Strom und gibt eine diesem Produkt proportionale Spannung (ein Leistungsmesssignal) ab, das die Ansteuerleistung des Piezoaktors 2 angibt. So entspricht z.B. ein Leistungsmesssignal von 1 V einer Ansteuerleistung von 100 W. Der Pufferverstärker 52 dient hierbei als hochohmiges Bauelement zur Zuführung der Piezoaktorspannung.
  • Von einer als Aufladungs-/Entladungs-Regelschaltung dienenden Schalter-Steuerschaltung 7 wird dieses Leistungsmesssignal zur Steuerung des ersten Schaltelements 4a und des zweiten Schaltelements 4b verwendet. Die Schalter-Steuerschaltung 7 weist hierbei einen Schaltungsabschnitt zur Steuerung des ersten Schaltelements 4a sowie einen Schaltungsabschnitt zur Steuerung des zweiten Schaltelements 4b auf. Der Schaltungsabschnitt zur Steuerung des ersten Schaltelements 4a umfasst einen ersten Vergleicher 71a (Vergleichseinrichtung), Widerstände 72a und 73a, ein erstes UND-Glied 74a sowie eine erste monostabile Kippstufe 75a, während der Schaltungsabschnitt zur Steuerung des zweiten Schaltelements 4b einen Inverter 70b, einen zweiten Vergleicher 71b, Widerstände 72b und 73b, ein zweites UND-Glied 74b, eine zweite monostabile Kippstufe 75b sowie einen Inverter 76b aufweist.
  • Nachstehend wird zunächst der Schaltungsabschnitt zur Steuerung des ersten Schaltelements 4a näher beschrieben. Das Leistungsmesssignal wird von der Leistungsmesseinrichtung 5 einem negativen Eingang des ersten Vergleichers 71a zugeführt. Ein von einer ersten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a abgegebenes Bezugsspannungssignal wird einem positiven Eingang des ersten Vergleichers 71a über einen ersten Eingangswiderstand 72a zugeführt. Mit Hilfe der ersten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a kann ein von ihr abgegebenes Bezugsspannungssignal verändert werden, wobei die erste Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a ein von der elektronischen Steuereinheit ECU 9 eingestelltes Bezugsspannungssignal erzeugt und dieses Bezugsspannungssignal abgibt. Die dem positiven Eingang des ersten Vergleichers 71a zugeführte Eingangsspannung weist eine von dem ersten Eingangswiderstand 72a und dem ersten Rückkopplungswiderstand 73a bewirkte Hysteresecharakteristik auf. Der erste Rückkopplungswiderstand 73a ist hierbei zwischen den positiven Eingang und den Ausgang des ersten Vergleichers 71a geschaltet. Wenn der Betrag des Leistungsmesssignals ausreichend gering ist, gibt der erste Vergleicher 71a eine Spannung mit dem Pegel "1" ab. Überschreitet der Betrag des Leistungsmesssignals eine Summe (Bezugsspannung + Hystereseanteil), gibt der erste Vergleicher 71a eine Spannung mit dem Pegel "0" ab, wobei die dem positiven Eingang des ersten Vergleichers 71a zugeführte Eingangsspannung entsprechend auf eine Spannung abfällt, die gleich einer Differenz (Bezugsspannung – Hystereseanteil) ist. Wenn dagegen der Betrag des Leistungsmesssignals kleiner als die Differenz (Bezugsspannung – Hystereseanteil) wird, gibt der erste Vergleicher 71a eine Spannung mit dem Pegel "1" ab, wobei die dem positiven Eingang des ersten Vergleichers 71a zugeführte Eingangsspannung entsprechend auf eine Spannung ansteigt, die gleich der Summe (Bezugsspannung + Hystereseanteil) ist. Hierbei wird die Differenz (Bezugsspannung – Hystereseanteil) als kleinerer Schwellenwert verwendet, während die Summe (Bezugsspannung + Hystereseanteil) als größerer Schwellenwert Verwendung findet.
  • Die von dem ersten Vergleicher 71a abgegebene Spannung wird dem ersten UND-Glied 74a zur Erzeugung eines Eingangssignals für die erste Treiberschaltung 8a des ersten Schaltelements 4a zugeführt. Wenn das von dem ersten UND-Glied 74a erzeugte Signal auf den Pegel "1" übergeht, schaltet die erste Treiberschaltung 8a das erste Schaltelement 4a durch. Außer dem von dem ersten Vergleicher 71a erzeugten Signal wird dem ersten UND-Glied 74a auch das von der ersten monostabilen Kippstufe 75a abgegebene Signal zugeführt. Bei ihrer Triggerung durch ein von der elektronischen Steuereinheit ECU 9 abgegebenes Ansteuersignal erzeugt die erste monostabile Kippstufe 75a bei der Anstiegsflanke des Ansteuersignals ein Impulssignal mit einer festen Dauer von 150 Mikrosekunden. Somit wird das erste Schaltelement 4a während einer bei der Anstiegsflanke des auf den Pegel "1" übergehenden Ansteuersignals beginnenden festen Zeitdauer von 150 Mikrosekunden in Abhängigkeit von dem Wert bzw. Betrag des von der Multiplizierschaltung 53 erzeugten Leistungsmesssignals durchgeschaltet und gesperrt. Wenn die erste monostabile Kippstufe 72a dieses Impulssignal nicht abgibt, verbleibt das erste Schaltelement 4a im abgeschalteten Zustand bzw. Sperrzustand, d.h., das Impulssignal bestimmt die Dauer einer Aufladungsansteuerperiode des Piezoaktors 2.
  • Der Schaltungsabschnitt zur Steuerung des zweiten Schaltelements 4b besitzt im Prinzip einen ähnlichen Aufbau wie der Schaltungsabschnitt zur Steuerung des ersten Schaltelements 4a. Bei einem Entladungsvorgang des Piezoaktors 2 dient der Piezoaktor 2 als elektrisches Ladungsabgabeelement, bei dem ein piezoelektrischer Strom in der Gegenrichtung zur Aufladung des Piezoaktors 2 fließt. In diesem Fall weist das Leistungsmesssignal somit einen negativen Wert auf. Demzufolge invertiert der Inverter 70b die Polarität des Leistungsmesssignals, bevor das Leistungsmesssignal dem negativen Eingang des zweiten Vergleichers (der zweiten Vergleichseinrichtung) 71b zugeführt wird. Ein von einer zweiten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6b abgegebenes Bezugsspannungssignal wird dem positiven Eingang des zweiten Vergleichers 71b über einen zweiten Eingangswiderstand 72b zugeführt. Die zweite Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6b erzeugt ein von der elektronischen Steuereinheit ECU 9 eingestelltes Bezugsspannungssignal und gibt dieses Bezugsspannungssignal ab. Der zweite Vergleicher 71b gibt eine Spannung mit dem Pegel "1" ab, bis der Wert bzw. Betrag des Leistungsmesssignals eine Summe (Bezugsspannung + Hystereseanteil) übersteigt. Wenn der Betrag des Leistungsmesssignals diese Summe (Bezugsspannung + Hystereseanteil) überschreitet, gibt der zweite Vergleicher 71b eine Spannung mit dem Pegel "0" ab, wobei die dem positiven Eingang des zweiten Vergleichers 71b zugeführte Eingangsspannung entsprechend auf eine Spannung abfällt, die gleich einer Differenz (Bezugsspannung – Hystereseanteil) ist. Wenn dagegen der Wert bzw. Betrag des Leistungsmesssignals kleiner als die Differenz (Bezugsspannung – Hystereseanteil) wird, gibt der zweite Vergleicher 71b eine Spannung mit dem Pegel "1" ab, sodass die dem positiven Eingang des zweiten Vergleichers 71b zugeführte Eingangsspannung entsprechend auf eine Spannung abfällt, die gleich der Summe (Bezugsspannung + Hystereseanteil) ist.
  • Das von dem zweiten Vergleicher 71b abgegebene logische Signal wird dem zweiten UND-Glied 74b zur Erzeugung eines Eingangssignals für die zweite Treiberschaltung 8b des zweiten Schaltelements 4b zugeführt. Wenn das von dem zweiten UND-Glied 74b erzeugte logische Signal auf den Pegel "1" übergeht, schaltet die zweite Treiberschaltung 8b das zweite Schaltelement 4b durch. Die zweite monostabile Kippstufe 75b erzeugt bei ihrer Steuerung durch das von der elektronischen Steuereinheit ECU 9 abgegebene und über den Inverter 76b zugeführte Ansteuersignal bei der abfallenden Flanke des Ansteuersignals bzw. bei der Anstiegsflanke des von dem Inverter 76b abgegebenen Signals ein Impulssignal mit einer festen Dauer von z.B. 150 Mikrosekunden. Somit wird das zweite Schaltelement 4b während einer bei der abfallenden Flanke des auf den Pegel "0" übergehenden Ansteuersignals beginnenden festen Zeitdauer von 150 Mikrosekunden in Abhängigkeit von dem Betrag bzw. Wert des Leistungsmesssignals durchgeschaltet und gesperrt, d.h., das Impulssignal bestimmt die Dauer der Entladungsansteuerperiode des Piezoaktors 2.
  • In der linken Hälfte von 2 ist der zeitliche Verlauf von Steuersignalen und Steuervorgängen während des Expansions- oder Aufladungsvorgangs des Piezoaktors 2 veranschaulicht, während in der rechten Hälfte von 2 der zeitliche Verlauf von Steuersignalen und Steuervorgängen während des Kontraktions- oder Entladungsvorgangs des Piezoaktors 2 veranschaulicht ist. Bei der nachstehenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass die von der elektronischen Steuereinheit ECU 9 in der ersten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a und der zweiten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6b eingestellten Bezugsspannungen während einer Aufladungsansteuerperiode und einer Entladungsansteuerperiode feste Werte aufweisen. Im Ausgangszustand ist der Kondensator 12 auf die Batteriespannung aufgeladen, wobei sich das erste Schaltelement 4a und das zweite Schaltelement 4b im Sperrzustand befinden. In diesem Ausgangszustand beträgt die Piezoaktorspannung 0 V. Zur Einleitung eines Expansions- oder Aufladungsvorgangs bei dem Piezoaktor 2 aus dem Ausgangszustand geht das von der elektronischen Steuereinheit ECU 9 abgegebene Ansteuersignal zur Triggerung der ersten monostabilen Kippstufe 75a auf den Pegel "1" über. Die auf diese Weise getriggerte erste monostabile Kippstufe 75a erzeugt dann ein Impulssignal, das die Aufladungsansteuerperiode bestimmt. Da das von der Multiplizierschaltung 53 abgegebene Leistungsmesssignal 0 V beträgt, geht das von dem ersten Vergleicher 71a abgegebene logische Signal auf den Pegel "1" über, wodurch das erste Schaltelement 4a durchgeschaltet wird. Hierdurch setzt der Aufladungsvorgang des Piezoaktors 2 über den ersten Stromkreis 31 ein. Hierbei steigt der Piezoaktorstrom an und beschleunigt den Aufladungsprozess, wodurch wiederum die Piezoaktorspannung sowie die dem Piezoaktor 2 zugeführte Ansteuerleistung ansteigen. Wenn der Betrag des Leistungsmesssignals die Summe (Bezugsspannung + Hystereseanteil) überschreitet, geht das von dem ersten Vergleicher 71a abgegebene logische Signal auf den Pegel "0" über, wodurch das erste Schaltelement 4a abgeschaltet bzw. gesperrt wird. In diesem Zustand stellt die in der Induktionsspule 301 gespeicherte Energie die treibende Kraft zur Aufrechterhaltung eines über die zweite parasitäre Diode 41b und den zweiten Stromkreis 32 in den Piezoaktor 2 fließenden, allmählich abnehmenden sog. Schwungradstroms dar. Während dieser Schwungradstrom fließt, nimmt auch die Ansteuerleistung allmählich ab.
  • Wenn der Betrag des Leistungsmesssignals kleiner als die Differenz (Bezugsspannung – Hystereseanteil) wird, geht das von dem ersten Vergleicher 71a abgegebene logische Signal wieder auf den Pegel "1" über, wodurch das erste Schaltelement 4a erneut durchgeschaltet wird. Auf diese Weise wird der Vorgang zum Durchschalten und Sperren des ersten Schaltelements 4a wiederholt durchgeführt. Da die Bezugsspannung einen festen Wert aufweist, wird auch die Ansteuerleistung zu jedem Zeitpunkt während der Aufladungsansteuerperiode im wesentlichen auf einem konstanten Wert gehalten. Da nämlich die Ansteuerleistung zu diesen Zeitpunkten durch die von der ersten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a abgegebene Bezugsspannung bestimmt wird und die erste Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a einen Sollwert der Ansteuerleistung zu jedem Zeitpunkt der Aufladungsansteuerperiode abgibt, wird die Ansteuerleistung zu jedem Zeitpunkt der Aufladungsansteuerperiode auf einem weitgehend konstanten Wert gehalten, der den von der Bezugsspannung vorgegebenen Sollwert darstellt. Da sich die Energiemenge durch Integration der Ansteuerleistung über eine gewisse Zeitdauer hinweg ergibt, steigt die in dem Piezoaktor 2 additiv akkumulierte Energiemenge direkt proportional zu der nach dem Beginn der Aufladungsansteuerperiode oder nach der Abgabe des Ansteuersignals vergehenden Zeitdauer an.
  • Am Ende der Dauer des von der ersten monostabilen Kippstufe 75a abgegebenen Impulssignals wird dann das dem ersten UND-Glied 74a zugeführte Signal auf den Pegel "0" zurückgestellt, wodurch das erste Schaltelement 4a bis zum Beginn der nächsten Aufladungsansteuerperiode abgeschaltet bzw. gesperrt wird, womit die Aufladungsansteuerperiode beendet ist.
  • Da die in dem Piezoaktor 2 additiv akkumulierte Energiemenge direkt proportional zu der nach dem Beginn der Aufladungsansteuerperiode vergehenden Zeitdauer ansteigt, wird die Energie in dem Piezoaktor 2 unabhängig von Schwankungen der Batteriespannung und Änderungen der Kapazität des Piezoaktors 2 in Form eines gleichmäßigen Vorgangs bzw. Aufladungsvorgangs akkumuliert. Weiterhin kann die bis zum Abschalten bzw. Sperren des ersten Schaltelements 4a oder bis zur Beendigung der Aufladungsansteuerperiode additiv akkumulierte Energiemenge konstant gehalten werden, ohne die Ansteuerleistung über eine Zeitdauer hinweg zu integrieren.
  • Nachstehend wird der Kontraktions- oder Entladungsvorgang des Piezoaktors 2 näher beschrieben. Nach Beendigung des Expansionsvorgangs des Piezoaktors 2 ist eine dem Sollwert entsprechende Energiemenge in dem Piezoaktor 2 gespeichert, wobei sich das erste Schaltelement 4a sowie das zweite Schaltelement 4b im Sperrzustand befinden. Die Piezoaktorspannung wird von der additiv akkumulierten Energiemenge bestimmt, wobei die Kapazität des Piezoaktors 2 sich in Abhängigkeit von der Temperatur und anderen Faktoren verändert. Wenn in diesem Zustand das von der elektronischen Steuereinheit ECU 9 abgegebene Ansteuersignal auf den Pegel "0" zurückgestellt wird, wird die zweite monostabile Kippstufe 75b getriggert und gibt ein Impulssignal ab, das die Entladungsansteuerperiode bestimmt. Hierbei weist das von der Multiplizierschaltung 53 in Form des durch Multiplikation der Piezoaktorspannung mit dem piezoelektrischen Strom gebildeten Produktes abgegebene Leistungsmesssignal den Wert 0 V auf, da der piezoelektrische Strom den Wert 0 aufweist. Das von dem zweiten Vergleicher 71b abgegebene logische Signal geht somit auf den Pegel "1" über, sodass das zweite Schaltelement 4b durchgeschaltet wird. Hierdurch setzt der Entladungsvorgang des Piezoaktors 2 über den zweiten Stromkreis 32 ein. Der Piezoaktorstrom steigt hierbei an und beschleunigt den Entladungsvorgang, wodurch wiederum die Piezoaktorspannung abnimmt. Allerdings steigt hierbei das dem negativen Eingang des zweiten Vergleichers 71b über den Inverter 70b zugeführte Ansteuerleistungssignal an. Wenn der Betrag des über den Inverter 70b zugeführten Leistungsmesssignals die Summe (Bezugsspannung + Hystereseanteil) überschreitet, geht das von dem zweiten Vergleicher 71b abgegebene logische Signal auf den Pegel "0" über, wodurch das zweite Schaltelement 4b gesperrt wird. In dieser Situation wirkt die in der Induktionsspule 301 gespeicherte Energie als treibende Kraft zur Aufrechterhaltung eines über die erste parasitäre Diode 41a und den ersten Stromkreis 31 vom Piezoaktor 2 zum Kondensator 12 fließenden, allmählich abnehmenden sog. Schwungradstroms. Während des Fließens dieses Schwungradstroms nimmt auch die Ansteuerleistung allmählich ab.
  • Wenn der Betrag des Leistungsmesssignals kleiner als die Differenz (Bezugsspannung – Hystereseanteil) wird, geht das von dem zweiten Vergleicher 71b abgegebene logische Signal wieder auf den Pegel "1" über, wodurch das zweite Schaltelement 4b erneut durchgeschaltet wird. Auf diese Weise wird der Vorgang zum Durchschalten und Sperren des zweiten Schaltelements 4b wiederholt durchgeführt. Da die Bezugsspannung zu jedem Zeitpunkt der Entladungsansteuerperiode einen festen Wert aufweist, wird auch die Ansteuerleistung auf einem weitgehend konstanten Wert gehalten. Da nämlich die Ansteuerleistung zu diesen Zeitpunkten von der durch die zweite Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6b abgegebene Bezugsspannung bestimmt wird und die zweite Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6b zu jedem Zeitpunkt der Entladungsansteuerperiode einen Sollwert für die Ansteuerleistung abgibt, wird die Ansteuerleistung zu jedem Zeitpunkt der Entladungsansteuerperiode auf einem weitgehend konstanten Wert gehalten, der den von der Bezugsspannung vorgegebenen Sollwert darstellt. Die in dem Piezoaktor 2 verbleibende Energiemenge nimmt hierbei in linearer Proportion zu der nach dem Beginn der Entladungsansteuerperiode oder nach der Abgabe des Ansteuersignals vergehenden Zeitdauer ab.
  • Am Ende der Dauer des von der zweiten monostabilen Kippstufe 75b abgegebenen Impulssignals wird sodann das von dem zweiten UND-Glied 74b abgegebene Signal auf den Pegel "0" zurückgestellt, wodurch das zweite Schaltelement 4b bis zum Beginn der nächsten Entladungsansteuerperiode gesperrt wird, womit die Entladungsansteuerperiode endet.
  • Da die im Piezoaktor 2 verbleibende Energiemenge in linearer Proportion zu der seit dem Beginn der Entladungsansteuerperiode vergehenden Zeitdauer abnimmt, erfolgt die Abnahme der in dem Piezoaktor 2 verbleibenden Energie unabhängig von Schwankungen der Batteriespannung und Änderungen der Kapazität des Piezoaktors 2 in Form eines gleichmäßigen Vorgangs bzw. Entladungsvorgangs. Weiterhin wird das zweite Schaltelement 4b bis zum Beginn der nächsten Ansteuerperiode am Ende dieses Vorgangs zur Rückführung der akkumulierten Energie des Piezoaktors 2 gesperrt, ohne die Ansteuerleistung über eine gewisse Zeitdauer hinweg zu integrieren.
  • Sowohl die Aufladungs- als auch die Entladungsansteuerperioden des Piezoaktors 2 können somit bei der Piezoaktor-Ansteuerschaltung gleich gehalten werden, sodass sich Schwankungen des Expansions- und Kontraktionsverhaltens des Piezoaktors 2 reduzieren lassen. Auf diese Weise sind z.B. auch beständige Einspritzzeiten und Einspritzmengen gewährleistet. Wie vorstehend beschrieben, führt die elektronische Steuereinheit ECU 9 der ersten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a und der zweiten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6b Ansteuersignale zur Ansteuerung der ersten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a und der zweiten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6b zur Erzeugung von konstanten Bezugsspannungen zu. Die elektronische Steuereinheit ECU 9 kann jedoch auch die erste Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a und die zweite Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6b zur Erzeugung von Bezugsspannungen ansteuern, die jeweils einen Sollwert für die Ansteuerleistung bei jeweiligen Zeitpunkten einer Ansteuerperiode vorgeben, d.h., der Sollwert wird für die Ansteuerleistung in Abhängigkeit von den erforderlichen Betriebseigenschaften des Piezoaktors 2 zu einem jeweiligen Zeitpunkt einer Ansteuerperiode eingestellt, die die Aufladungsansteuerperiode oder die Entladungsansteuerperiode sein kann. So wird z.B. die Bezugsspannung während der ersten Hälfte einer Ansteuerperiode auf einen hohen Pegel und während der zweiten Hälfte der gleichen Ansteuerperiode auf einen niedrigen Pegel eingestellt. Wenn dagegen die erste Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a und die zweite Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6b lediglich eine feste Bezugsspannung erzeugen müssen, ist es nicht erforderlich, dass die erste Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a und die zweite Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6b durch eine von der elektronischen Steuereinheit ECU 9 eingestellte Ansteuerspannung angesteuert werden.
  • Wie in 3 veranschaulicht ist, verändert sich die Dehnung x des Piezoaktors in Abhängigkeit von der Zeit t entsprechend dem Anstieg der additiv akkumulierten Energiemenge. 3 zeigt eine bei Verwendung der erfindungsgemäßen Piezoaktor-Ansteuerschaltung erhaltene Dehnungskennlinie sowie eine Dehnungskennlinie für eine weitere Piezoaktor-Ansteuerschaltung (Vergleichs-Piezoaktor-Ansteuerschaltung), die einen Vergleich ermöglichen. Bei dem Steuerverfahren gemäß der Vergleichs-Piezoaktor-Ansteuerschaltung ist die Einschaltdauer (Aufladungsansteuerperiode) auf eine vorgegebene Zeitdauer eingestellt, die endet, wenn der Piezoaktor eine vorgegebene Ausdehnung erreicht hat. Die Aufladungsansteuerperiode wird hierbei in der nachstehend näher beschriebenen Weise bestimmt. Hierbei wird eine vorgegebene Ansteuerenergiemenge dem Piezoaktor während einer vorgegebenen Aufladungsansteuerperiode zugeführt. Sodann wird die Differenz zwischen der tatsächlichen Dehnung des Piezoaktors und seiner Solldehnung am Ende der vorgegebenen Aufladungsansteuerperiode gemessen. Hierbei wird die Ansteuerleistung des Piezoaktors gemessen und zur Bildung der Ansteuerenergiemenge des Piezoaktors in der Aufladungsansteuerperiode integriert. Die Differenz zwischen der tatsächlichen Dehnung (Istdehnung) des Piezoaktors und seiner Solldehnung am Ende der vorgegebenen Aufladungsansteuerperiode entspricht der Differenz zwischen der Ansteuerenergiemenge am Ende der Aufladungsansteuerperiode und der zur Erzielung der Solldehnung erforderlichen Sollenergiemenge. Sodann wird die Länge der Einschaltdauer in der nächsten Aufladungsansteuerperiode auf der Basis der am Ende der Aufladungsansteuerperiode ermittelten Differenz zwischen der integrierten Ansteuerenergiemenge und der Sollenergiemenge neu bestimmt und eingestellt. Auf diese Weise lässt sich die Ansteuerenergiemenge für den Piezoaktor bestimmen und als Sollwert einstellen, was zu der vorgegebenen Solldehnung führt.
  • Bei verringerter Kapazität des Piezoaktors auf Grund einer niedrigen Umgebungstemperatur erfolgt beim Aufladungsvorgang ein rascher Anstieg der Piezoaktorspannung, wodurch sich die Differenz zwischen der Piezoaktorspannung und der Spannung der Strom- bzw. Spannungsversorgungseinrichtung (Versorgungsspannung) verringert. Bei abnehmender Differenz zwischen der Piezoaktorspannung und der Versorgungsspannung fließt nur ein kleiner Strom in den Piezoaktor, sodass die Akkumulation von Energie im Piezoaktor nur noch mit herabgesetzter Geschwindigkeit erfolgt. Je näher der Aufladungszeitpunkt am Ende der Aufladungsansteuerperiode liegt, umso mehr verringert sich die Geschwindigkeit der Energieakkumulation. Bei vergrößerter Kapazität des Piezoaktors auf Grund einer hohen Umgebungstemperatur steigt dagegen die Zeitkonstante eines von dem Piezoaktor und der Induktionsspule gebildeten Schwingkreises an. Dies hat zur Folge, dass nach dem Einschaltvorgang des Ladeschalters nur eine langsame Akkumulation von Energie im Piezoaktor stattfindet, sodass zu Beginn der Aufladungsansteuerperiode die Energieakkumulation mit geringer Geschwindigkeit erfolgt. Hierdurch verlängert sich die Einschaltdauer des Ladeschalters zu Beginn der Aufladungsansteuerperiode, während am Ende der Aufladungsansteuerperiode die Energieakkumulation mit hoher Geschwindigkeit erfolgt. Eine Veränderung der Umgebungstemperatur führt somit zu einer Änderung der Kapazität des Piezoaktors, wobei diese Kapazitätsänderung wiederum eine Änderung des Dehnungsprofils des Piezoaktors zur Folge hat.
  • Bei der erfindungsgemäßen Piezoaktor-Ansteuerschaltung wird dagegen das erste Schaltelement 4a derart gesteuert, dass die Ansteuerleistung am Ende der Aufladungsansteuerperiode gleich einem Sollwert wird, der von einer von der ersten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a erzeugten Bezugsspannung bestimmt wird. Auf diese Weise kann ein zeitabhängige Änderungen der Dehnung des Piezoaktors 2 wiedergebendes Profil in Form eines Profils erhalten werden, dass eine von Schwankungen der Kapazität des Piezoaktors 2 unabhängige Energieakkumulationsgeschwindigkeit zu beliebigen Zeitpunkten der Aufladungsansteuerperiode wiedergibt, die eine durch die von der ersten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a erzeugte Bezugsspannung bestimmte, vorgegebene Dauer aufweist, da bei diesem Ausführungsbeispiel ein zeitabhängige Änderungen der Solldehnung des Piezoaktors 2 repräsentierendes Profil in Form einer gradlinigen Kennlinie festgelegt wird. Die von der ersten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a zu jedem Zeitpunkt der Aufladungsansteuerperiode erzeugte Bezugsspannung wird somit bewusst konstant gehalten, sodass das die zeitabhängigen Änderungen der im Piezoaktor 2 akkumulierten Energie repräsentierende Profil im wesentlichen eine gradlinige Kennlinie darstellt. Ein zeitabhängiges Dehnungsprofil des Piezoaktors 2 kann auch in Form eines Profils erhalten werden, das in einer Entladungsansteuerperiode die Energie-Wiedergewinnungsgeschwindigkeit unabhängig von Änderungen der Kapazität des Piezoaktors 2 zu beliebigen Zeitpunkten in der Entladungsansteuerperiode wiedergibt, wie dies durch eine von der zweiten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6b erzeugte Bezugsspannung vorgegeben ist. Auch hierdurch lassen sich z.B. beständige Einspritzzeiten und Einspritzmengen gewährleisten.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Bei einem in 4 veranschaulichten zweiten Ausführungsbeispiel der Piezoaktor-Ansteuerschaltung werden eine zwischen den Anschlüssen des Strommesswiderstands 51 auftretende Spannung (Piezoaktorspannung) repräsentierende Eingangssignale dem negativen Eingang des ersten Vergleichers 71a und über einen Inverter 70b dem negativen Eingang des zweiten Vergleichers 71b zugeführt. Da einer der Anschlüsse des Strommesswiderstands 51 an Masse liegt, repräsentiert die Spannung an einem Punkt zwischen dem Piezoaktor 2 und dem Strommesswiderstand 51 die zwischen den Anschlüssen des Strommesswiderstands 51 auftretende Spannung. Der Strommesswiderstand 51 dient als Stromdetektoreinrichtung zur Ermittlung eines Piezoaktorstroms (zur Bildung eines Strommesssignals). Wie vorstehend beschrieben, stellt der Piezoaktorstrom einen in den Piezoaktor 2 in seiner Eigenschaft als elektrisches Ladungsaufnahmeelement hineinfließenden Strom oder einen aus dem Piezoaktor 2 in seiner Eigenschaft als elektrisches Ladungsabgabeelement herausfließenden Strom dar.
  • Außerdem wird dieses Strommesssignal anstelle des bei dem ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Leistungsmesssignals im Rahmen einer Schaltersteuerschaltung 7a dem negativen Eingang des ersten Vergleichers 71a und über den Inverter 70b dem negativen Eingang des zweiten Vergleichers 71b zugeführt. Hierbei sind die von einer ersten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6aA und einer zweiten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6bA erzeugten Bezugsspannungen in geeigneter Weise auf unterschiedliche Werte im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel eingestellt. Außerdem weisen ein erster Eingangswiderstand 72aA, ein erster Rückkopplungswiderstand 73aA, ein zweiter Eingangswiderstand 72bA und ein zweiter Rückkopplungswiderstand 73bA, durch die Hysteresebereiche vorgegeben werden, geeignete Widerstandswerte auf, die im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel unterschiedlich sind. Wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels erzeugen jedoch die erste Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6aA und die zweite Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6bA konstante Bezugsspannungen, die von einer elektronischen Steuereinheit ECU 9A eingestellt werden. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht somit im wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, mit der Ausnahme, dass die elektronische Steuereinheit ECU 9A die erste Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6aA und die zweite Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6bA zur Erzeugung konstanter Bezugsspannungen steuert, die im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel unterschiedlich sind. Dies beruht auf dem Umstand, dass anstelle des bei dem ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Leistungsmesssignals nunmehr das sowohl dem negativen Eingang des ersten Vergleichers 71a als auch über den Inverter 70b dem negativen Eingang des zweiten Vergleichers 71b zugeführte Strommesssignal Verwendung findet.
  • Wie in 5 veranschaulicht ist, wird zur Herbeiführung eines Expansions- oder Aufladungsvorgangs des Piezoaktors 2 das von der elektronischen Steuereinheit ECU 9A abgegebene Ansteuersignal zur Triggerung der ersten monostabilen Kippstufe 75a auf den Pegel "1" angehoben. Durch diese Triggerung erzeugt die erste monostabile Kippstufe 75a ein Impulssignal, das die Aufladungsansteuerperiode bestimmt. Da das Strommesssignal hierbei 0 V beträgt, geht das von dem ersten Vergleichers 71a abgegebene logische Signal auf den Pegel "1" über, wodurch das erste Schaltelement 4a durchgeschaltet und somit der Vorgang zur Aufladung des Piezoaktors 2 eingeleitet wird. Mit steigendem Piezoaktorstrom beschleunigt sich hierbei der Aufladungsvorgang. Wenn der Betrag des Strommesssignals die Summe (Bezugsspannung + Hystereseanteil) überschreitet, geht das von dem ersten Vergleicher 71a abgegebene logische Signal auf den Pegel "0" über, wodurch das erste Schaltelement 4a abgeschaltet bzw. gesperrt wird. In diesem Zustand dient die in der Induktionsspule 301 akkumulierte Energie als treibende Kraft zur Aufrechterhaltung eines zum Piezoaktor 2 fließenden, allmählich abnehmenden sog. Schwungradstroms.
  • Wenn der Betrag des Strommesssignals kleiner als die Differenz (Bezugsspannung – Hystereseanteil) wird, geht das von dem ersten Vergleicher 71a abgegebene logische Signal wieder auf den Pegel "1" über, wodurch das erste Schaltelement 4a erneut durchgeschaltet wird. Auf diese Weise wird der Vorgang zum Durchschalten und Sperren des ersten Schaltelements 4a wiederholt durchgeführt. Da die Bezugsspannung zu jedem Zeitpunkt der Aufladungsansteuerperiode einen festen Wert aufweist, wird auch der Piezoaktorstrom in dem Bereich (Bezugsspannung – Hystereseanteil) bis (Bezugsspannung + Hystereseanteil) weitgehend auf einem konstanten Wert gehalten. Die elektrische Ladungsmenge entspricht dem Ergebnis einer Integration des Piezoaktorstroms über eine gewisse Zeitdauer. Die im Piezoaktor 2 additiv akkumulierte elektrische Ladungsmenge steigt somit in direkter Proportion zu der nach dem Beginn der Aufladungsansteuerperiode oder nach der Abgabe des Ansteuersignals vergehenden Zeitdauer an.
  • Am Ende der Dauer des von der ersten monostabilen Kippstufe 75a abgegebenen Impulssignals wird dann das dem ersten UND-Glied 74a zugeführte Signal auf den Pegel "0" zurückgestellt, wodurch das erste Schaltelement 4a bis zum Beginn der nächsten Aufladungsansteuerperiode gesperrt wird und diese Aufladungsansteuerperiode somit beendet ist.
  • Die im Piezoaktor 2 additiv akkumulierte elektrische Ladungsmenge steigt in direkter Proportion zu der nach Beginn der Aufladungsansteuerperiode vergehenden Zeitdauer an, sodass der Vorgang, bzw. Aufladungsvorgang, bei dem die elektrische Ladung im Piezoaktor 2 akkumuliert wird, unabhängig von Schwankungen der Batteriespannung und Änderungen der Kapazität des Piezoaktors 2 gleichförmig verläuft. Außerdem kann die elektrische Ladungsmenge, die bis zum Sperren des ersten Schaltelements 4a bzw. bis zur Beendigung der Aufladungsansteuerperiode additiv akkumuliert wird, konstant gehalten werden, ohne den Piezoaktorstrom über eine gewisse Zeitdauer zu integrieren.
  • Nachstehend werden die Vorgänge bei der Kontraktion oder Entladung des Piezoaktors 2 näher beschrieben. Nach Beendigung des Expansionsvorgangs des Piezoaktors 2 ist eine vorgegebene elektrische Ladungsmenge im Piezoaktor 2 akkumuliert worden, wobei sich das erste Schaltelement 4a und das zweite Schaltelement 4b im Sperrzustand befinden. Die Piezoaktorspannung wird von der Menge der additiv akkumulierten elektrischen Ladung bestimmt, wobei sich jedoch die Kapazität des Piezoaktors 2 in Abhängigkeit von der Temperatur und anderen Faktoren verändert. Wenn in diesem Zustand das von der elektronischen Steuereinheit ECU 9A abgegebene Ansteuersignal auf den Pegel "0" zurückgestellt wird, wird die zweite monostabile Kippstufe 75b getriggert und erzeugt ein Impulssignal, das die Entladungsansteuerperiode bestimmt. Da das Strommesssignal 0 V beträgt, geht das von dem zweiten Vergleicher 71b abgegebene logische Signal auf den Pegel "1" über, wodurch das zweite Schaltelement 4b durchgeschaltet und auf diese Weise der Entladungsvorgang des Piezoaktors 2 eingeleitet wird. Der Piezoaktorstrom steigt dann in der Gegenrichtung zum Aufladungsvorgang an und beschleunigt den Entladungsvorgang, wodurch sich wiederum die Piezoaktorspannung verringert. Wenn der Betrag des Strommesssignals die Summe (Bezugsspannung + Hystereseanteil) überschreitet, geht das von dem zweiten Vergleicher 71b abgegebene logische Signal auf den Pegel "0" über, wodurch das zweite Schaltelement 4b gesperrt wird. In diesem Zustand wirkt die in der Induktionsspule 301 gespeicherte Energie als treibende Kraft zur Aufrechterhaltung eines vom Piezoaktor 2 zum Kondensator 12 fließenden, allmählich abnehmenden sog. Schwungradstroms.
  • Wenn der Betrag des Strommesssignals kleiner als die Differenz (Bezugsspannung – Hystereseanteil) wird, geht das von dem zweiten Vergleicher 71b abgegebene logische Signal wieder auf den Pegel "1" über, wodurch das zweite Schaltelement 4b erneut durchgeschaltet wird. Auf diese Weise wird der Vorgang zum Durchschalten und Sperren des zweiten Schaltelements 4b wiederholt durchgeführt. Der Entladungsstrom des Piezoaktors 2 wird somit auf einem weitgehend konstanten Wert gehalten, wobei die im Piezoaktor 2 verbleibende elektrische Ladungsmenge in linearer Proportion zu der nach Beginn der Entladungsansteuerperiode oder nach der Abgabe des Ansteuersignals vergehende Zeitdauer abnimmt.
  • Am Ende der Dauer des von der zweiten monostabilen Kippstufe 75b abgegebenen Impulssignals wird dann das von dem zweiten UND-Glied 74b abgegebene Signal auf den Pegel "0" zurückgestellt, wodurch das zweite Schaltelement 4b bis zum Beginn der nächsten Entladungsansteuerperiode gesperrt wird und somit diese Entladungsansteuerperiode beendet ist.
  • Da die im Piezoaktor 2 verbleibende elektrische Ladungsmenge in linearer Proportion zu der nach dem Beginn der Entladungsansteuerperiode vergehenden Zeitdauer abnimmt, verläuft der Vorgang bzw. Entladungsvorgang, bei dem sich die im Piezoaktor 2 verbleibende Energiemenge verringert, unabhängig von Schwankungen der Batteriespannung und Veränderungen der Kapazität des Piezoaktors 2 gleichförmig. Weiterhin wird das zweite Schaltelement 4b am Ende dieses Vorgangs bis zum Beginn der nächsten Ansteuerperiode gesperrt. Bei dieser Piezoaktor-Ansteuerschaltung können gleiche Aufladungsansteuerperioden und Entladungsansteuerperioden des Piezoaktors 2 ohne Integration des Piezoaktorstroms über eine gewisse Zeitdauer erhalten werden, sodass sich Schwankungen des Expansions- und Kontraktionsverhaltens des Piezoaktors 2 weitgehend verringern lassen. Auf diese Weise sind z.B. auch beständige Einspritzzeiten und Einspritzmengen erzielbar.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • Bei einem in 6 veranschaulichten dritten Ausführungsbeispiel der Piezoaktor-Ansteuerschaltung sind anstelle des bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehenen Strommesswiderstands 51 zwei in Reihe geschaltete Widerstände 52 und 55 zwischen die Anschlüsse des Piezoaktors 2 geschaltet, die als Spannungsteiler zur Teilung der Piezoaktorspannung dienen. Die Widerstände 54 und 55 weisen jeweils einen hohen Widerstandswert wie 900 kΩ bzw. 100 kΩ auf. Die als Ergebnis der durch die Widerstände 54 und 55 erfolgenden Spannungsteilung erhaltene Spannung wird einem Pufferverstärker 56 zugeführt, der in Verbindung mit den Widerständen 54 und 55 eine Spannungsmesseinrichtung 5B zur Messung der Piezoaktorspannung bildet. Die von dem Pufferverstärker 56 abgegebene Spannung (Spannungsmesssignal) wird sowohl dem negativen Eingang des ersten Vergleichers 71a als auch dem negativen Eingang des zweiten Vergleichers 71b zugeführt.
  • In ähnlicher Weise wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist eine Schaltersteuerschaltung 7B vorgesehen, bei der der erste Vergleicher 71a mit einem ersten Eingangswiderstand 72aB und einem ersten Rückkopplungswiderstand 73aB zur Bildung einer Hysteresecharakteristik für das dem positiven Eingang des ersten Vergleichers 71a zugeführte Eingangssignal versehen ist. Gleichermaßen ist der zweite Vergleicher 71b mit einem zweiten Eingangswiderstand 72bB und einem zweiten Rückkopplungswiderstand 73bB zur Bildung einer Hysteresecharakteristik für das dem positiven Eingang des zweiten Vergleichers 71b zugeführte Eingangssignal versehen.
  • Eine zweite Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6B bildet eine Einrichtung zur Erzeugung einer dem positiven Eingang des ersten Vergleichers 71a über den ersten Eingangswiderstand 72aB und dem positiven Eingang des zweiten Vergleichers 71b über den zweiten Eingangswiderstand 72bB zugeführten Bezugsspannung. Die zweite Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6B führt hierbei eine zeitabhängige Veränderung der Bezugsspannung durch. Der erste Eingangswiderstand 72aB und der zweite Eingangswiderstand 72bB sind mit einem Bezugsspannungskondensator 61 verbunden, der von einer ersten Konstantstromschaltung 62a aufgeladen und von einer zweiten Konstantstromschaltung 62b entladen wird. Die erste Konstantstromschaltung 62a ist hierbei mit einem positiven Spannungsgenerator 63 verbunden, um als Konstantstromschaltung zur Aufladung des Bezugsspannungskondensators 61 zu dienen, während die zweite Konstantstromschaltung 62b mit Masse 64 verbunden ist, um als Konstantstromschaltung zur Entladung des Bezugsspannungskondensators 61 zu dienen. Die erste Konstantstromschaltung 62a ist in Betrieb, während die erste monostabile Kippstufe 75a ein Impulssignal abgibt, während die zweite Konstantstromschaltung 62b gleichermaßen in Betrieb ist, während die zweite monostabile Kippstufe 75b ein Impulssignal abgibt. Die Stromstärke des von der ersten Konstantstromschaltung 62a erzeugten Stroms wird von einem von der elektronischen Steuereinheit ECU 9B abgegebenen Stromeinstellsignal bestimmt. Durch den von der ersten Konstantstromschaltung 62a erzeugten Strom wird der Bezugsspannungskondensator 61 um eine elektrische Ladungsmenge aufgeladen, deren Betrag von der relativen Einschaltdauer (dem Tastverhältnis) des von der ersten monostabilen Kippstufe 75a erzeugten Impulssignals bestimmt wird, das ein Signal zur Verknüpfung der Schaltung zur Aufladung des Bezugsspannungskondensators 61 darstellt. Durch den von der zweiten Konstantstromschaltung 62b erzeugten Strom wird dagegen die elektrische Ladung aus dem Bezugsspannungskondensator 61 abgeführt. Hierbei wird die aus dem Bezugsspannungskondensator 61 abgeführte elektrische Ladungsmenge von der relativen Einschaltdauer (dem Tastverhältnis) des von der zweiten monostabilen Kippstufe 75b erzeugten Impulssignals bestimmt, das ein Signal zur Verknüpfung der Schaltung zur Entladung des Bezugsspannungskondensators 61 darstellt.
  • Das von dem ersten Vergleicher 71a abgegebene Signal wird dem ersten UND-Glied 74a direkt zugeführt, während das von dem zweiten Vergleicher 71b abgegebene Signal dem zweiten UND-Glied 74b über einen Inverter 77b zugeführt wird.
  • Wie in 7 veranschaulicht ist, geht zur Einleitung eines Expansions- oder Aufladungsvorgangs des Piezoaktors 2 das von der elektronischen Steuereinheit ECU 9B abgegebene Ansteuersignal zur Triggerung der ersten monostabilen Kippstufe 75a auf den Pegel "1" über. Durch diese Triggerung erzeugt die erste monostabile Kippstufe 75a ein Impulssignal, das die Aufladungsansteuerperiode bestimmt. Mit diesem Impulssignal wird die erste Konstantstromschaltung 62a zur Aufladung des Bezugsspannungskondensators 61 angesteuert, woraufhin die Bezugsspannung anzusteigen beginnt. Da das Spannungsmesssignal in diesem Zustand 0 V beträgt, geht das von dem ersten Vergleicher 71a abgegebene logische Signal auf den Pegel "1" über, wodurch das erste Schaltelement 4a durchgeschaltet wird und hierdurch der Aufladungsvorgang des Piezoaktors 2 einsetzt. Hierbei steigt die Piezoaktorspannung an, wodurch sich der Aufladungsvorgang beschleunigt. Wenn der Betrag des Spannungsmesssignals die Summe (Bezugsspannung + Hystereseanteil) überschreitet, geht das von dem ersten Vergleicher 71a abgegebene logische Signal auf den Pegel "0" über, wodurch das erste Schaltelement 4a gesperrt wird. Hierbei wirkt die in der Induktionsspule 301 gespeicherte Energie als treibende Kraft zur Aufrechterhaltung eines zum Piezoaktor 2 in seiner Eigenschaft als elektrisches Ladungsaufnahmeelement fließenden, allmählich abnehmenden sog. Schwungradstroms, wobei die Piezoaktorspannung weiter ansteigt.
  • Sodann verringert sich die Anstiegsgeschwindigkeit der Piezoaktorspannung, während die Bezugsspannung weiter ansteigt, sodass schließlich die Differenz (Bezugsspannung – Hystereseanteil) den Betrag des Spannungsmesssignals überschreitet. Zu diesem Zeitpunkt geht das von dem ersten Vergleicher 71a abgegebene logische Signal wieder auf den Pegel "1" über, wodurch das erste Schaltelement 4a erneut durchgeschaltet wird. Auf diese Weise wird der Vorgang zum Durchschalten und Sperren des ersten Schaltelements 4a wiederholt durchgeführt.
  • Während der Vorgang zum Durchschalten und Sperren des ersten Schaltelements 4a auf diese Weise wiederholt erfolgt, wird der Bezugsspannungskondensator 61 in der vorstehend beschriebenen Weise mit einem konstanten Strom aufgeladen und akkumuliert hierbei eine elektrische Ladung, deren Menge der nach dem Anstieg des Ansteuersignals auf den Pegel "1" vergehenden Zeitdauer direkt proportional ist. Somit steigt auch die zwischen den Anschlüssen des Bezugsspannungskondensators 61 auftretende Spannung direkt proportional zu der nach dem Anstieg des Ansteuersignals auf den Pegel "1" vergehenden Zeitdauer an. Hierbei ist die elektrische Ladungsmenge dem durch Multiplikation der Kapazität des Bezugsspannungskondensators 61 mit der zwischen den Anschlüssen des Bezugsspannungskondensators 61 auftretenden Spannung gebildeten Produkt direkt proportional. Wenn die Kapazität des Bezugsspannungskondensators 61 konstant gehalten werden kann, steigt die Ladungsmenge auf Grund der Zuführung des Konstantstroms direkt proportional zur Zeitdauer an. Demzufolge steigt auch die Spannung direkt proportional zu der nach dem Beginn der Aufladung vergehenden Zeitdauer an.
  • Während des Anstiegs der Bezugsspannung steigt auch die Piezoaktorspannung im wesentlichen direkt proportional zu der nach dem Übergang des Ansteuersignals auf den Pegel "1" vergehenden Zeitdauer an.
  • Am Ende der Dauer des von der ersten monostabilen Kippstufe 75a abgegebenen Impulssignals wird dann das dem ersten UND-Glied 74a zugeführte Signal auf den Pegel "0" zurückgestellt, wodurch das erste Schaltelement 4a bis zum Beginn der nächsten Aufladungsansteuerperiode gesperrt wird, womit diese Aufladungsansteuerperiode beendet ist. Gleichzeitig endet auch der von der ersten Konstantstromschaltung 62a ausgeführte Vorgang, wobei die von der ersten Konstantstromschaltung 62a erzeugte Bezugsspannung auf einem konstanten Pegel gehalten wird.
  • Da die Piezoaktorspannung in direkter Proportion zu der nach dem Beginn der Aufladungsansteuerperiode vergehenden Zeitdauer ansteigt, verläuft der Vorgang des Anstiegs der Piezoaktorspannung bzw. der Aufladungsvorgang unabhängig von Schwankungen der Batteriespannung und Veränderungen der Kapazität des Piezoaktors 2 gleichförmig.
  • Nachstehend werden die Vorgänge bei der Kontraktion bzw. Entladung des Piezoaktors 2 näher beschrieben. Nach der Beendigung des Expansionsvorgangs des Piezoaktors 2 hat die Piezoaktorspannung einen vorgegebenen Pegel erreicht, wobei sich das erste Schaltelement 4a und das zweite Schaltelement 4b im Sperrzustand befinden. Wenn in diesem Zustand das von der elektronischen Steuereinheit ECU 9B abgegebene Ansteuersignal auf den Pegel "0" zurückgestellt wird, wird die zweite monostabile Kippstufe 75b getriggert und erzeugt ein Impulssignal, das die Entladungsansteuerperiode bestimmt. Hierbei wird die zweite Konstantstromschaltung 62b zur Entladung des Bezugsspannungskondensators 61 mit einer konstanten Entladungsgeschwindigkeit angesteuert, die gleich dem Betrag eines von der zweiten Konstantstromschaltung 62b erzeugten Stroms ist. Die Bezugsspannung verringert sich somit in linearer Proportion zu der nach dem Abfallen des Ansteuersignals auf den Pegel "0" vergehenden Zeitdauer. Wenn die Summe (Bezugsspannung + Hystereseanteil) kleiner als der Betrag des Spannungsmesssignals wird, geht das von dem zweiten Vergleicher 71b abgegebene logische Signal auf den Pegel "0" über, wodurch das zweite Schaltelement 4b durchgeschaltet wird und der Entladungsvorgang des Piezoaktors 2 einsetzt. Hierbei fließt der Piezoaktorstrom von dem Piezoaktor 2 in seiner Eigenschaft als elektrisches Ladungsabgabeelement zurück, wodurch sich der Entladungsvorgang beschleunigt. Dies hat wiederum zur Folge, dass die Piezoaktorspannung abnimmt. Wenn der Betrag des Spannungsmesssignals kleiner als die Differenz (Bezugsspannung – Hystereseanteil) wird, geht das von dem zweiten Vergleicher 71b abgegebene logische Signal auf den Pegel "1" über, wodurch das zweite Schaltelement 4b gesperrt wird. In diesem Zustand wirkt die in der Induktionsspule 301 gespeicherte Energie als treibende Kraft zur Aufrechterhaltung eines vom Piezoaktor 2 zum Kondensator 12 zurückfließenden, allmählich abnehmenden sog. Schwungradstroms.
  • Da der Entladungsstrom allmählich abnimmt, verringert sich die Abnahmegeschwindigkeit der Piezoaktorspannung, wobei sich die Bezugsspannung in linearer Proportion zu der nach dem Abfallen des Ansteuersignals auf den Pegel "0" vergehenden Zeitdauer verringert. Wenn die Differenz (Bezugsspannung + Hystereseanteil) kleiner als der Betrag des Spannungsmesssignals wird, geht das von dem zweiten Vergleicher 71b abgegebene logische Signal wieder auf den Pegel "0" über, wodurch das zweite Schaltelement 4b erneut durchgeschaltet wird. Auf diese Weise wird der Vorgang zum Durchschalten und Sperren des zweiten Schaltelements 4b wiederholt durchgeführt. Die Piezoaktorspannung verringert sich somit in weitgehend linearer Proportion zu der nach dem Beginn der Entladungsansteuerperiode vergehenden Zeitdauer.
  • Am Ende der Dauer des von der zweiten monostabilen Kippstufe 75b abgegebenen Impulssignals wird dann das von dem zweiten UND-Glied 74b abgegebene Signal auf den Pegel "0" zurückgestellt, wodurch das zweite Schaltelement 4b bis zum Beginn der nächsten Entladungsansteuerperiode gesperrt wird. Hiermit endet diese Entladungsansteuerperiode des Piezoaktors 2.
  • Da sich die Piezoaktorspannung in linearer Proportion zu der nach dem Beginn der Entladungsansteuerperiode vergehenden Zeitdauer verringert, verläuft der Vorgang der Abnahme der Piezoaktorspannung bzw. der Entladungsvorgang unabhängig von Schwankungen der Batteriespannung und Änderungen der Kapazität des Piezoaktors 2 gleichförmig.
  • Da bei der Piezoaktor-Ansteuerschaltung sowohl die Aufladungsansteuerperioden als auch die Entladungsansteuerperioden des Piezoaktors 2 gleich gehalten werden können, lassen sich Schwankungen des Expansions- und Kontraktionsverhaltens des Piezoaktors 2 ebenfalls weitgehend verringern. Auf diese Weise können z.B. beständige Einspritzzeiten und Einspritzmengen erhalten werden. Die elektronische Steuereinheit ECU 9B führt hierbei sowohl der ersten Konstantstromschaltung 62a als auch der zweiten Konstantstromschaltung 62b Signale zu, die als Bezugsspannungssignale zur Erzeugung eines Konstantstroms dienen, jedoch kann die elektronische Steuereinheit ECU 9B die erste Konstantstromschaltung 62a und die zweite Konstantstromschaltung 62b auch zur variablen Erzeugung von Konstantströmen ansteuern, die jeweils einen Sollwert für die Ansteuerspannung zu jedem Zeitpunkt einer Ansteuerperiode vorgeben. Der Sollwert wird entsprechend den erforderlichen Betriebseigenschaften des Piezoaktors 2 zu einem jeweiligen Zeitpunkt der Ansteuerperiode eingestellt, die die Aufladungsansteuerperiode oder die Entladungsansteuerperiode sein kann. So wird z.B. der Konstantstrom während der ersten Hälfte einer Ansteuerperiode auf einen großen Betrag eingestellt, während er während der zweiten Hälfte der gleichen Ansteuerperiode auf einen geringen Betrag eingestellt wird.
  • Viertes Ausführungsbeispiel
  • In 8 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der Piezoaktor-Ansteuerschaltung veranschaulicht, bei der anstelle der Multiplizierschaltung 53 des ersten Ausführungsbeispiels eine Energiemessschaltung 53C Verwendung findet, von der eine piezoelektrische Spannung und die den piezoelektrischen Strom repräsentierende Strommesswiderstandsspannung eingegeben werden. Die Energiemessschaltung 53C bildet in Verbindung mit dem Pufferverstärker 52 und dem Strommesswiderstand 51 eine Ansteuerenergie-Messeinrichtung 5C. Die Energiemessschaltung 53C umfasst eine Multiplizierschaltung, die der Multiplizierschaltung des ersten Ausführungsbeispiels entspricht, sowie eine Integratorschaltung zur Integration des von der Multiplizierschaltung abgegebenen Leistungsmesssignals. Die Integratorschaltung gibt somit als Ausgangssignal ein Signal (Ansteuerenergie-Messsignal) ab, das dem Integrationswert der Ansteuerleistung des Piezoaktors 2 und damit der Ansteuerenergie proportional ist. Bei einer Aufladungsansteuerperiode des Piezoaktors 2 steigt das Ansteuerenergie-Messsignal an, während bei einer Eutladungsansteuerperiode des Piezoaktors 2, bei der der Piezoaktorstrom einen negativen Wert aufweist, das Ansteuerenergie-Messsignal abnimmt. Zur Begrenzung bzw. Vermeidung einer kumulativen Fehlerbildung bei der Integratorschaltung führt die elektronische Steuereinheit ECU 9C üblicherweise einen Steuervorgang zur Rückstellung der Integratorschaltung vor dem Beginn einer Aufladungsansteuerperiode des Piezoaktors 2 durch.
  • Das Ansteuerenergie-Messsignal wird einer Schaltersteuerschaltung 7C zugeführt, die als Aufladungs-/Entladungs-Regeleinrichtung dient, d.h., das Ansteuerenergie-Messsignal wird dem negativen Eingang des ersten Vergleichers 71a sowie über den Inverter 70b dem negativen Eingang des zweiten Vergleichers 71b zugeführt.
  • Ein von einer als Bezugsspannungs-Generator dienenden ersten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6aC abgegebenes Bezugsspannungssignal wird dem positiven Eingang des ersten Vergleichers 71a über den ersten Eingangswiderstand 72aC zugeführt. Gleichermaßen wird ein von einer ebenfalls als Bezugsspannungs-Generator dienenden zweiten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6bC abgegebenes Bezugsspannungssignal dem positiven Eingang des zweiten Vergleichers 71b über den zweiten Eingangswiderstand 72bC zugeführt. Die erste Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6aC und die zweite Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6bC können hierbei eine zeitabhängige Veränderung der erzeugten Bezugsspannung durchführen. Weiterhin stellt das bei der Schaltersteuerschaltung 7C dem negativen Eingang des ersten Vergleichers 71a sowie über den Inverter 70b dem negativen Eingang des zweiten Vergleichers 71b zugeführte Eingangssignal anstelle des bei dem ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Leistungsmesssignals nunmehr ein Ansteuerenergie-Messsignal dar. Die von der ersten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6aA und der zweiten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6bA erzeugten Bezugsspannungen sind somit in geeigneter Weise auf Werte eingestellt, die im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel unterschiedlich sind. Darüber hinaus weisen der erste Eingangswiderstand 72aC, der erste Rückkopplungswiderstand 73aC, der zweite Eingangswiderstand 72bC sowie der zweite Rückkopplungswiderstand 73bC, die zur Vorgabe von Hysteresebereichen bzw. Hystereseanteilen dienen, ebenfalls geeignete Widerstandswerte auf, die sich von den beim ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Widerstandswerten unterscheiden.
  • Die erste Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6aC erzeugt eine Bezugsspannung, die sich mit linearer Zeitabhängigkeit verändert. Die Ansteuerenergie des Piezoaktors 2 steigt somit von dem Wert Null zu Beginn einer Aufladungsansteuerperiode des Piezoaktors 2 schließlich auf einen Energiesollwert am Ende der Aufladungsansteuerperiode an. Dieser Energiesollwert stellt die vorgegebene Energiemenge dar, die sich als Ergebnis der Aufladung des Piezoaktors 2 am Ende der Aufladungsansteuerperiode ergeben soll. Die zweite Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6bC erzeugt ebenfalls eine Bezugsspannung, die sich mit linearer Zeitabhängigkeit ändert. Die Ansteuerenergie des Piezoaktors 2 fällt daher von dem zu Beginn einer Entladungsansteuerperiode des Piezoaktors 2 vorliegenden Energiesollwert schließlich auf den Wert Null am Ende der Entladungsansteuerperiode ab. Hierbei wird davon ausgegangen, dass das die zeitabhängigen Änderungen der Bezugsspannung repräsentierende Profil dem die zeitabhängigen Änderungen der Ansteuerenergie entsprechenden Profil entspricht. Hierbei wird das die zeitabhängigen Änderungen der Bezugsspannung repräsentierenden Profil auf der Basis einer Korrelation zwischen der im Piezoaktor 2 gespeicherten Energie und der Dehnung des Piezoaktors 2 festgelegt. Das auf diese Weise festgelegte Profil der zeitabhängigen Änderungen der Bezugsspannung soll daher zu einem Dehnungsprofil führen, das die erforderliche Dehnungscharakteristik des Piezoaktors 2 während einer Aufladungsansteuerperiode oder einer Entladungsansteuerperiode repräsentiert. Ein Profil, das zeitabhängige Änderungen der Bezugsspannung während einer Aufladungsansteuerperiode repräsentiert, kann sich jedoch von einem Profil unterscheiden, das zeitabhängige Änderungen der Bezugsspannung während einer Entladungsansteuerperiode repräsentiert.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Dauer der Einschaltzeiten und Sperrzeiten des ersten Schaltelements 4a derart gesteuert, dass das Ansteuerenergie-Messsignal zu jedem Zeitpunkt der Aufladungsansteuerperiode im wesentlichen gleich der von der ersten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6aC abgegebenen Bezugsspannung ist. Weiterhin wird die Dauer der Einschaltzeiten und Sperrzeiten des zweiten Schaltelements 4b ebenfalls derart gesteuert, dass das Ansteuerenergie-Messsignal zu jedem Zeitpunkt der Entladungsansteuerperiode gleich der von der zweiten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6bC abgegebenen Bezugsspannung ist. Auf diese Weise kann ein zeitabhängige Änderungen der Ansteuerenergie repräsentierendes Profil durch Bestimmung eines Profils eingestellt werden, das zeitabhängige Änderungen der Bezugsspannung wiedergibt. Somit kann ein eine zeitabhängige Dehnungscharakteristik des Piezoaktors 2 repräsentierendes Profil in Form eines im wesentlichen gradlinigen und von Schwankungen der Kapazität des Piezoaktors 2 in der in 3 veranschaulichten Weise unabhängigen Profils erhalten werden, indem ein zeitabhängiges Profil der abgegebenen Bezugsspannung in geeigneter Weise bestimmt bzw. vorgegeben wird. Im übrigen kann eine Enddehnung des Piezoaktors 2 als Solldehnung am Ende einer Aufladungsansteuerperiode eingestellt werden.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Ansteuerenergie-Sollwert für jeden Zeitpunkt nach dem Beginn einer Aufladungsansteuerperiode oder einer Entladungsansteuerperiode vorher eingestellt. Dieser Ansteuerenergie-Sollwert wird für jeden Zeitpunkt eingestellt, um als Sollwertprofil verwendet zu werden, das eine zeitabhängige Soll-Dehnungscharakteristik des Piezoaktors 2 während einer Aufladungsansteuerperiode oder einer Entladungsansteuerperiode repräsentiert. Die Ansteuerleistung zu einem Zeitpunkt während der Aufladungsansteuerperiode oder der Entladungsansteuerperiode kann zwar aus gewissen Gründen von einer vorgegebenen Ansteuerleistung abweichen, jedoch wird der einen Integrationswert der Ansteuerleistung darstellende tatsächliche Wert (Istwert) der Ansteuerenergie später zur Kompensation von Abweichungen der Ansteuerleistung eingestellt, die lediglich einen Wert darstellt, der als Ergebnis einer zeitabhängigen Differenzierung der Ansteuerenergie erhalten wird. Auf diese Weise können Schwankungen des Ansteuerenergie-Endwertes am Ende der Aufladungsansteuerperiode oder der Entladungsansteuerperiode ausgeglichen bzw. verringert werden.
  • Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der Piezoaktor 2 zwar direkt über den Kondensator 12 angesteuert, der wiederum von der Batteriespannung aufgeladen wird, jedoch kann bei der erfindungsgemäßen Piezoaktor-Ansteuerschaltung auch ein Schaltungsaufbau Verwendung finden, bei dem die Batteriespannung unter Verwendung eines Gleichspannungswandlers angehoben wird, bevor sie zur Aufladung des Piezoaktors 2 dient.
  • Die vorstehend beschriebene Piezoaktor-Ansteuerschaltung umfasst somit eine erste Stromeinstelleinrichtung (4a) zur Einstellung eines Aufladungsstroms, der in einen Piezoaktor (2) über einen einen Kondensator (12) über eine Induktionsspule (301) mit dem Piezoaktor (2) verbindenden ersten Stromkreis (31) hineinfließt, eine zweite Stromeinstelleinrichtung (4b) zur Einstellung eines Entladungsstroms, der aus dem Piezoaktor (2) über einen die Induktionsspule (301) mit dem Piezoaktor (2) verbindenden zweiten Stromkreis (32) herausfließt, eine Leistungsmesseinrichtung (5) zur Ermittlung der Ansteuerleistung des Piezoaktors (2), eine Sollwert-Einstelleinrichtung (6a, 6b) zur Abgabe eines Sollwertes, der vorher als geeignete Sollleistung zur Ansteuerung des Piezoaktors (2) eingestellt wird, sowie eine Aufladungs-/Entladungs-Regeleinrichtung (7) zur Regelung der ersten Stromeinstelleinrichtung (4a) und der zweiten Stromeinstelleinrichtung (4b) dahingehend, dass der jeweilige Messwert der Ansteuerleistung des Piezoaktors (2) zur Erzielung gleichförmiger Aufladungs- und Entladungsvorgänge des Piezoaktors (2) auf den Sollwert eingeregelt wird.

Claims (34)

  1. Piezoaktor-Ansteuerschaltung zur Aufladung und Entladung eines Piezoaktors, gekennzeichnet durch eine elektrische Lastmesseinrichtung (5, 51, 5B, 5C) zur Ermittlung der elektrischen Last des Piezoaktors (2) zu jeweiligen Zeitpunkten während einer Ansteuerperiode des Piezoaktors (2), bei der eine Aufladung oder Entladung des Piezoaktors (2) erfolgt, und eine Sollwert-Einstelleinrichtung (6a, 6b, 6aA, 6bA, 6B, 62a, 62b, 6aC, 6bC) zur Einstellung eines Sollwertes der elektrischen Last des Piezoaktors (2) für jeden der Zeitpunkte in der Ansteuerperiode des Piezoaktors (2), wobei ein Messwert der elektrischen Last des Piezoaktors (2) bei jedem der Zeitpunkte in der Ansteuerperiode des Piezoaktors (2) auf den Sollwert der elektrischen Last des Piezoaktors (2) eingeregelt wird.
  2. Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Lastmesseinrichtung (5) eine Leistungsmesseinrichtung (5) darstellt, die die Ansteuerleistung des Piezoaktors (2) als die elektrische Last ermittelt, und dass die Sollwert-Einstelleinrichtung (6a, 6b) einen Sollwert der Ansteuerleistung des Piezoaktors (2) einstellt.
  3. Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerleistung des Piezoaktors (2) ein Produkt darstellt, das als Ergebnis der Multiplikation einer zwischen Anschlüssen des Piezoaktors (2) auftretenden Spannung mit einem in den Piezoaktor (2) hineinfließenden Ansteuerstrom erhalten wird.
  4. Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Lastmesseinrichtung (51) eine Strommesseinrichtung (51) darstellt, die einen in den Piezoaktor (2) hineinfließenden Ansteuerstrom als die elektrische Last misst, und dass die Sollwert-Einstelleinrichtung (6aA, 6bA) einen Sollwert des Ansteuerstroms des Piezoaktors (2) einstellt.
  5. Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert der elektrischen Last im wesentlichen konstant ist.
  6. Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Lastmesseinrichtung (5B) eine Spannungsmesseinrichtung (5B) darstellt, die eine zwischen Anschlüssen des Piezoaktors (2) auftretende Spannung als die elektrische Last misst, und dass die Sollwert-Einstelleinrichtung (6B, 62a, 62b) einen Sollwert der Spannung zwischen den Anschlüssen des Piezoaktors (2) einstellt.
  7. Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Sollwert der elektrischen Last nach dem Beginn der Ansteuerperiode des Piezoaktors (2) mit im wesentlichen linearer Zeitabhängigkeit ändert.
  8. Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Lastmesseinrichtung (5C) eine Ansteuerenergie-Messeinrichtung (5C) darstellt, die zur Berechnung der Ansteuerenergie als die elektrische Last die Ansteuerleistung des Piezoaktors (2) misst und die Ansteuerleistung über die nach dem Beginn der Ansteuerperiode des Piezoaktors (2) vergehende Zeitdauer hinweg integriert, und dass die Sollwert-Einstelleinrichtung (6aC, 6bC) einen Sollwert der Ansteuerenergie des Piezoaktors (2) einstellt.
  9. Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerleistung des Piezoaktors (2) ein Produkt darstellt, das als Ergebnis der Multiplikation einer zwischen Anschlüssen des Piezoaktors (2) auftretenden Spannung mit einem in den Piezoaktor (2) hineinfließenden Ansteuerstrom erhalten wird.
  10. Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Sollwert der elektrischen Last nach dem Beginn der Ansteuerperiode des Piezoaktors (2) im wesentlichen mit linearer Zeitabhängigkeit ändert.
  11. Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Stromeinstelleinrichtung (4a, 4b) zur Einstellung sowohl eines in den Piezoaktor (2) in seiner Eigenschaft als elektrisches Ladungsaufnahmeelement hineinfließenden Ansteuerstroms als auch eines aus dem Piezoaktor (2) in seiner Eigenschaft als elektrisches Ladungsabgabeelement herausfließenden Ansteuerstroms, und eine Aufladungs-/Entladungs-Regeleinrichtung (7, 7A, 7B, 7C) zur Regelung der Stromeinstelleinrichtung (4a, 4b) dahingehend, dass der Messwert der elektrischen Last des Piezoaktors (2) zu jedem der Zeitpunkte in der Ansteuerperiode auf den Sollwert eingeregelt wird.
  12. Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladungs-/Entladungs-Regeleinrichtung (7, 7A, 7B, 7C) die Ansteuerperiode des Piezoaktors (2) beendet, wenn eine vorgegebene Zeitdauer nach dem Beginn der Ansteuerperiode des Piezoaktors (2) vergangen ist.
  13. Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Spannungsversorgungseinrichtung (1), durch die an Anschlüsse des Piezoaktors (2) eine Spannung angelegt wird.
  14. Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannungsversorgungseinrichtung (1), über die an Anschlüsse des Piezoaktors (2) eine Spannung angelegt wird, ein erster Stromkreis (31), der einen positiven Anschluss der Spannungsversorgungseinrichtung (1) über eine Induktionsspule (301) mit einem positiven Anschluss des Piezoaktors (2) verbindet, und ein zweiter Stromkreis (32), der den positiven Anschluss des Piezoaktors (2) über die Induktionsspule (301) zur Umgehung der Spannungsversorgungseinrichtung (1) mit Masse verbindet, vorgesehen sind, die Stromeinstelleinrichtung (4a) ein in dem ersten Stromkreis (31) angeordneter Ladeschalter (4a) ist, die Aufladungs-/Entladungs-Regeleinrichtung (7, 7A, 7B, 7C) während einer Aufladungsperiode des Piezoaktors (2) den Ladeschalter (4a) wiederholt einschaltet und abschaltet, über den ersten Stromkreis (31) im Einschaltzustand des Ladeschalters (4a) ein Ladestrom fließt, der allmählich auf einen Spitzenwert ansteigt, und über den zweiten Stromkreis (32) im Abschaltzustand des Ladeschalters (4a) ein Ladestrom fließt, der allmählich von seinem Spitzenwert abfällt.
  15. Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannungsversorgungseinrichtung (1), über die an Anschlüsse des Piezoaktors (2) eine Spannung angelegt wird, ein der Spannungsversorgungseinrichtung (1) parallel geschalteter Kondensator (12), ein erster Stromkreis (31), der einen positiven Anschluss der Spannungsversorgungseinrichtung (1) und einen positiven Anschluss des Kondensators (12) über eine Induktionsspule (301) mit einem positiven Anschluss des Piezoaktors (2) verbindet, und ein zweiter Stromkreis (32), über den der positive Anschluss des Piezoaktors (2) über die Induktionsspule (301) zur Umgehung der Spannungsversorgungseinrichtung (1) und des Kondensators (12) an Masse liegt, vorgesehen sind, die Stromeinstelleinrichtung (4b) ein in dem zweiten Stromkreis (32) angeordneter Entladeschalter (4b) ist, die Aufladungs-/Entladungs-Regeleinrichtung (7, 7A, 7B, 7C) während einer Entladungsperiode des Piezoaktors (2) den Entladeschalter (4b) wiederholt einschaltet und abschaltet, über den zweiten Stromkreis (32) im Einschaltzustand des Entladeschalters (4b) ein Entladestrom fließt, der allmählich auf einen Spitzenwert ansteigt, und über den ersten Stromkreis (31) im Abschaltzustand des Entladeschalters (4b) ein Entladestrom fließt, der allmählich von seinem Spitzenwert abfällt.
  16. Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladungs-/Entladungs-Regeleinrichtung (7, 7A, 7B, 7C) eine Vergleichereinrichtung (71a, 71b) aufweist, die den Messwert der elektrischen Last des Piezoaktors (2) mit einem den Sollwert zwischen sich einschließenden größeren Schwellenwert und kleineren Schwellenwert zur Bildung einer Hysteresecharakteristik in Bezug auf den Sollwert vergleicht, die Vergleichereinrichtung (71a, 71b) den Ladeschalter (4a) oder den Entladeschalter (4b) abschaltet, wenn der Messwert den größeren Schwellenwert überschreitet, und die Vergleichereinrichtung (71a, 71b) den jeweils anderen Ladeschalter (4a) oder Entladeschalter (4b) einschaltet, wenn der Messwert den kleineren Schwellenwert unterschreitet.
  17. Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgungseinrichtung (1) eine an Anschlüssen einer Batterie (11) anstehende Spannung abgibt.
  18. Piezoaktor-Ansteuerverfahren zur Aufladung und Entladung eines Piezoaktors, gekennzeichnet durch die Schritte: Ermittlung einer elektrischen Last eines Piezoaktors (2) zu jeweiligen Zeitpunkten in einer Ansteuerperiode des Piezoaktors (2), bei der der Piezoaktor (2) aufgeladen oder entladen wird, Einstellung eines Sollwertes der elektrischen Last des Piezoaktors (2) für jeden der Zeitpunkte in der Ansteuerperiode des Piezoaktors (2), und Einregelung eines Messwertes der elektrischen Last des Piezoaktors (2) auf den Sollwert der elektrischen Last des Piezoaktors (2) zu jedem der Zeitpunkte in der Ansteuerperiode des Piezoaktors (2).
  19. Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Last die Ansteuerleistung des Piezoaktors (2) darstellt.
  20. Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerleistung des Piezoaktors (2) ein Produkt darstellt, das als Ergebnis der Multiplikation einer zwischen Anschlüssen des Piezoaktors (2) auftretenden Spannung mit einem in den Piezoaktor (2) hineinfließenden Treiberstrom erhalten wird.
  21. Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Last einen in den Piezoaktor (2) hineinfließenden Ansteuerstrom darstellt.
  22. Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert der elektrischen Last im wesentlichen konstant ist.
  23. Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Last eine Spannung zwischen Anschlüssen des Piezoaktors (2) darstellt.
  24. Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert der elektrischen Last sich nach dem Beginn der Ansteuerperiode des Piezoaktors (2) mit im wesentlichen linearer Zeitabhängigkeit ändert.
  25. Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Last eine Ansteuerenergie darstellt, die durch Integration der Ansteuerleistung des Piezoaktors (2) über die nach dem Beginn einer Ansteuerperiode des Piezoaktors (2) vergehende Zeitdauer hinweg berechnet wird.
  26. Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerleistung des Piezoaktors (2) ein Produkt darstellt, das als Ergebnis der Multiplikation einer zwischen Anschlüssen des Piezoaktors (2) auftretenden Spannung mit einem in den Piezoaktor (2) hineinfließenden Ansteuerstrom erhalten wird.
  27. Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert der elektrischen Last sich nach dem Beginn der Ansteuerperiode des Piezoaktors (2) mit im wesentlichen linearer Zeitabhängigkeit ändert.
  28. Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 18 bis 27, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: Einstellung eines in den Piezoaktor (2) in seiner Eigenschaft als elektrisches Ladungsaufnahmeelement hineinfließenden Ansteuerstroms, und Einstellung eines aus dem Piezoaktor (2) in seiner Eigenschaft als elektrisches Ladungsabgabeelement herausfließenden Ansteuerstroms.
  29. Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 18 bis 28, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt: Beendigung der Ansteuerperiode des Piezoaktors (2), wenn nach dem Beginn der Ansteuerperiode des Piezoaktors (2) eine vorgegebene Zeitdauer vergangen ist.
  30. Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 18 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannung von einer Spannungsversorgungseinrichtung (1) an die Anschlüsse des Piezoaktors (2) angelegt wird.
  31. Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Aufladungsperiode des Piezoaktors (2) ein in einem einen positiven Anschluss der Spannungsversorgungseinrichtung (1) über eine Induktionsspule (301) mit einem positiven Anschluss des Piezoaktors (2) verbindenden ersten Stromkreis (31) angeordneter Ladeschalter (4a) wiederholt eingeschaltet und abgeschaltet wird, im Einschaltzustand des Ladeschalters (4a) während der Aufladungsperiode des Piezoaktors (2) über die Induktionsspule (301) und den ersten Stromkreis (31) dem Piezoaktor (2) ein Ladestrom zugeführt wird, der allmählich auf einen Spitzenwert ansteigt, und im Abschaltzustand des Ladeschalters (4a) während der Aufladungsperiode des Piezoaktors (2) über die Induktionsspule (301) und einen den positiven Anschluss des Piezoaktors (2) über die Induktionsspule (301) zur Umgehung der Stromversorgungseinrichtung (1) mit Masse verbindenden zweiten Stromkreis (32) dem Piezoaktor (2) ein Ladestrom zugeführt wird, der in Bezug auf seinen Spitzenwert allmählich abfällt.
  32. Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Entladungsperiode des Piezoaktors (2) ein Entladeschalter (4b) wiederholt eingeschaltet und abgeschaltet wird, der in einem zweiten Stromkreis (32) angeordnet ist, der den positiven Anschluss des Piezoaktors (2) über die Induktionsspule (301) zur Umgehung eines der Spannungsversorgungseinrichtung (1) parallel geschalteten Kondensators (12) und der Spannungsversorgungseinrichtung (1) mit Masse verbindet, im Einschaltzustand des Entladeschalters (4b) während der Entladungsperiode des Piezoaktors (2) ein in Bezug auf seinen Spitzenwert allmählich abnehmender Entladungsstrom von dem Piezoaktor (2) über die Induktionsspule (301) und den zweiten Stromkreis (32) fließt, und im Abschaltzustand des Entladeschalters (4b) während der Entladungsperiode des Piezoaktors (2) ein in Bezug auf seinen Spitzenwert allmählich abnehmender Entladungsstrom von dem Piezoaktor (2) über die Induktionsspule (301) und einen ersten Stromkreis (31) fließt, der einen positiven Anschluss des Piezoaktors (2) über die Induktionsspule (301) mit einem positiven Anschluss des Kondensators (12) verbindet.
  33. Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwert der elektrischen Last des Piezoaktors (2) mit einem den Sollwert zwischen sich einschließenden größeren Schwellenwert und kleineren Schwellenwert zur Bildung einer Hysteresecharakteristik in Bezug auf den Sollwert verglichen wird, der Ladeschalter (4a) oder der Entladeschalter (4b) abgeschaltet wird, wenn der Messwert den größeren Schwellenwert übersteigt, und der jeweils andere Ladeschalter (4a) oder Entladeschalter (4b) eingeschaltet wird, wenn der Messwert den kleineren Schwellenwert unterschreitet.
  34. Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass von der Spannungsversorgungseinrichtung (1) eine zwischen Anschlüssen einer Batterie (11) auftretende Spannung abgegeben wird.
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