DE102004054109A1

DE102004054109A1 - Vorrichtung zur Ansteuerung eines kapazitiven Lastelements

Info

Publication number: DE102004054109A1
Application number: DE200410054109
Authority: DE
Inventors: Noboru Kariya Nagase
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-12-09
Filing date: 2004-11-09
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2024-11-10
Also published as: DE102004054109B4; JP2005171800A; JP4148124B2

Abstract

Eine Entladecharakteristik wird zur genauen Ansteuerung eines kapazitiven Lastelements (51) optimiert. Wenn ein Entladeschalter (66) bei der Entladung eines Piezostapels eingeschaltet wird, wird ein Stromkreis für den Piezostapel und eine Energie-Speicherspule (69) geschlossen und die in dem Piezostapel gespeicherte Energie von der Energie-Speicherspule (69) rückgewonnen. Wenn sodann der Entladestrom des Piezostapels einen Unterbrechungsschwellenwert erreicht, wird der Entladeschalter (66) abgeschaltet. Nachdem der Entladestrom abgefallen ist, wird der Entladeschalter (66) wieder eingeschaltet und der Entladungsvorgang solange wiederholt, bis die Entladung des Piezostapels abgeschlossen ist. Hierbei wird die Spannung am Piezostapel ermittelt und der Unterbrechungsschwellenwert in Abhängigkeit von der ermittelten Spannung variabel eingestellt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ansteuerung bzw. Betätigung eines kapazitiven Lastelements, das ein Piezoelement und dergleichen umfasst.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, als Kraftstoff-Einspritzeinrichtung für Diesel-Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen einen piezoelektrisch gesteuerten bzw. betätigten Injektor (Piezo-Injektor) zu verwenden. Eine diesen Injektor bildende Schichtanordnung aus Piezoelementen, die nachstehend vereinfacht als Piezoelementstapel bzw. Piezostapel bezeichnet ist, besitzt die Eigenschaft, dass bei Aufladung eine Expansion und bei Entladung eine Kontraktion erfolgt. Der Injektor führt die Kraftstoffeinspritzung herbei, indem sich bei dieser Expansion und Kontraktion des Piezostapels eine Düsennadel in eine Öffnungsstellung und eine Schließstellung bewegt, wobei die elektrische Aufladung und Entladung des Piezostapels in Abhängigkeit von einer Startinstruktion und einer Stoppinstruktion für die Kraftstoffeinspritzung erfolgt. Die Aufladung und Entladung wird hierbei von dem Ladeverfahren und Entladeverfahren eines Vielfach-Schaltsystems bestimmt.
Nachstehend wird auf das Ladeverfahren dieses Vielfach-Schaltsystems näher eingegangen. Bei der Aufladung wird zunächst ein zwischen einer Stromquelleneinheit und dem Piezostapel angeordneter Ladeschalter eingeschaltet. Der Ladeschalter wird sodann wieder abgeschaltet, nachdem der Ladestrom des Piezostapels eine vorgegebene Stromstärke erreicht hat. Hierbei wird die erste Einschaltzeit des Ladeschalters gespeichert. Wenn der Strom des Piezostapels auf 0 Ampere abfällt, wird der Ladeschalter wieder für eine Zeitdauer eingeschaltet, die der gespeicherten Einschaltzeit der ersten Aufladung entspricht. Sodann wird das Einschalten/Abschalten des Ladeschalters auf der Basis der ersten Einschaltzeit jeweils wiederholt, wenn der Strom auf 0 Ampere abfällt. Bei diesem Ladeverfahren nimmt die Ladeenergie über eine gegebene Zeit hinweg einen konstanten Wert an, sodass der Expansionsbetrag des Piezostapels in geeigneter Weise gesteuert werden kann.
Bei der Entladung wird dagegen ein Entladeschalter zu Beginn des Entladungsvorgangs eingeschaltet und die in dem Piezostapel gespeicherte elektrische Energie einer mit dem Piezostapel in Reihe geschalteten Energiespeicherspule zugeführt. Nachdem der Entladestrom des Piezostapels einen vorgegebenen Unterbrechungsstromwert erreicht hat, wird sodann der Entladeschalter abgeschaltet, sodass eine Rückgewinnung der in der Energiespeicherspule gespeicherten Energie durch die Stromquelleneinheit über eine Diode erfolgt. Anschließend wird dieser Entladevorgang wiederholt.

Außerdem ist aus der JP-A-2003-92438 eine Vorrichtung zur Entladung eines kapazitiven Lastelements bekannt, die dahingehend ausgestaltet ist, dass Schwankungen der Entladezeit durch Herbeiführung einer gleichförmigen Entladeenergie des kapazitiven Lastelements (Piezostapels) unterdrückt werden und der Unterbrechungsstrom im Laufe der Zeit zur Abschaltung des Entladeschalters bei dem Entladevorgang erhöht wird.

Diese bekannten Entladeverfahren sind jedoch nicht unproblematisch. Wenn nämlich der Unterbrechungsstrom gemäß der vorstehend genannten JP-A-2003-92438 nach dem Beginn der Entladung im Laufe der Zeit erhöht wird, kann die elektrische Entladung zwar im wesentlichen in Abhängigkeit von einer Änderung der Kapazität des Piezostapels gesteuert werden, jedoch kann in der Praxis in vielen Fällen eine solche Kapazitätsänderung nicht erwartet werden bzw. dieser Effekt tritt nicht im gewünschten Umfang auf, was dann unerwartete Änderungen bzw. Schwankungen der Entladezeit zur Folge hat. Aus diesem Grund wird eine weitere Verbesserung der Ansteuerung des Piezostapels zur Aufrechterhaltung einer hohen Genauigkeit angestrebt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Ansteuerung bzw. Betätigung eines kapazitiven Lastelements mit gleichbleibend hoher Genauigkeit durch Optimierung der Entladecharakteristik auszugestalten.

Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen angegebenen Mitteln gelöst.

Wenn gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bei der Entladung des kapazitiven Lastelements eine Schalteinrichtung eingeschaltet wird, wird ein Stromkreis für das kapazitive Lastelement und ein Energie-Rückgewinnungselement geschlossen und die in dem kapazitiven Lastelement gespeicherte Energie dem Energie-Rückgewinnungselement zugeführt. Wenn sodann der Entladestrom des kapazitiven Lastelements einen Unterbrechungsschwellenwert erreicht, wird die Schalteinrichtung abgeschaltet und nach dem Abfallen des Entladestroms erneut eingeschaltet, wobei dieser Entladevorgang wiederholt wird, bis die elektrische Ladung des kapazitiven Lastelements vollständig entladen ist. Die in dem kapazitiven Lastelement gespeicherte Energie wird somit durch diesen wiederholten Entladungsvorgang vollständig abgeführt. Erfindungsgemäß wird weiterhin die Lastspannung des kapazitiven Lastelements gemessen und der Unterbrechungsschwellenwert in Abhängigkeit von der gemessenen Lastspannung variabel eingestellt. Wenn sich die Kapazität des kapazitiven Lastelements in Abhängigkeit von einer Temperaturänderung oder in Verbindung mit fortschreitender Entladung verändert, verändert sich nämlich auch die Last des kapazitiven Lastelements, was zu einer Veränderung der Zeitdauer (Entladezeit) bis zur Beendigung der Entladung führt. Erfindungsgemäß kann dagegen der Unterbrechungsschwellenwert in Abhängigkeit von der Lastspannung variabel eingestellt werden, sodass eine einheitliche bzw. gleichförmige Entladezeit unabhängig von einer Änderung der Kapazität erhalten wird. Hierdurch lässt sich die Entladecharakteristik optimieren, sodass das kapazitive Lastelement unter Beibehaltung einer hohen Genauigkeit angesteuert bzw. betätigt werden kann.

Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Unterbrechungsschwellenwert in Abhängigkeit von der Lastspannung durch Gegenkopplung geregelt. Der Unterbrechungsschwellenwert fällt nämlich bei einer hohen Lastspannung ab und steigt bei einer niedrigen Lastspannung an. Durch eine Gegenkopplungsregelung kann somit der Unterbrechungsschwellenwert optimiert und eine Veränderung bzw. Schwankung der Entladezeit zuverlässig unterdrückt werden.

Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt eine derartige elektrische Aufladung des kapazitiven Lastelements, dass der Betrag der in dem kapazitiven Lastelement gespeicherten Energie einen konstanten Wert annimmt. Die Lastspannung steigt daher bei einer geringen Kapazität des kapazitiven Lastelements an und fällt bei einer hohen Kapazität des kapazitiven Lastelements ab. Hierbei wird der Unterbrechungsschwellenwert in der vorstehend beschriebenen Weise zur Aufrechterhaltung einer vorteilhaften Entladecharakteristik variabel eingestellt.

Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Schalteinrichtung synchron mit Taktsignalen ein- oder abgeschaltet, die in regelmäßigen Intervallen während einer Entladeperiode des kapazitiven Lastelements abgegeben werden, d.h., die Einschaltdauer oder die Abschaltdauer der Schalteinrichtung wird von den Taktsignalen bestimmt. Auf diese Weise kann die elektrische Entladung bewusst verzögert werden, ohne die Energie-Rückgewinnungsfähigkeit des Energie-Rückgewinnungselements (wie z.B. der Induktivität der Speicherspule) zu vergrößern oder den Unterbrechungsschwellenwert zu verringern.

Wenn gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung die Schalteinrichtung bei der Entladung des kapazitiven Lastelements eingeschaltet wird, wird ein Stromkreis für das kapazitive Lastelement und das Energie-Rückgewinnungselement geschlossen und die in dem kapazitiven Lastelement gespeicherte Energie dem Energie-Rückgewinnungselement zugeführt. Wenn nach dem Einschalten der Schalteinrichtung der Entladestrom des kapazitiven Lastelements den Unterbrechungsschwellenwert erreicht, wird die Schalteinrichtung abgeschaltet und sodann synchron mit dem Taktsignal erneut eingeschaltet, wobei dieser Entladevorgang wiederholt wird, bis die elektrische Ladung des kapazitiven Lastelements vollständig entladen ist. Durch diesen wiederholten Entladevorgang wird die in dem kapazitiven Lastelement gespeicherte Energie somit vollständig abgeführt. Hierbei wird die Einschaltperiode oder die Abschaltperiode der Schalteinrichtung von dem Taktsignal bestimmt. Die elektrische Entladung kann daher bewusst verzögert werden, ohne die Energie-Rückgewinnungsfähigkeit des Energie-Rückgewinnungselements (wie z.B. der Induktivität der Energiespeicherspule) zu vergrößern oder den Unterbrechungsschwellenwert zu verringern. Das kapazitive Lastelement kann daher mit einer gleichbleibend hohen Genauigkeit angesteuert bzw. betätigt werden.

Gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Einschaltvorgang der Schalteinrichtung nur dann ermöglicht, wenn das Taktsignal einen H-Pegel oder einen L-Pegel annimmt. Auch wenn der Entladestrom nach dem Abschalten der Schalteinrichtung in ausreichendem Maße abgefallen ist, wird somit die Schalteinrichtung nicht eingeschaltet, bevor nicht das Taktsignal einen in Bezug auf die Schalteinrichtung wirksamen Pegel angenommen hat. Anders als bei einem Aufbau, bei dem die Schalteinrichtung in einfacher Abhängigkeit von dem Pegel des Entladestroms eingeschaltet und abgeschaltet wird, kann auf diese Weise die Betriebswartezeit auf die Schalteinrichtung übertragen werden, sodass die Anzahl der Schaltvorgänge der Schalteinrichtung und damit die Schaltungsverluste verringert werden können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Schaltbild des Aufbaus, der mit der elektrischen Entladung eines Piezostapels in Verbindung steht,
2 ein Schaltbild des Aufbaus einer Taktgeberschaltung,
3 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Kraftstoff-Einspritzsystems,
4 eine Schnittansicht des Aufbaus eines Injektors,
5 ein Schaltbild, das den Aufbau einer Injektor-Ansteuerschaltung veranschaulicht,
6A bis 6I zeitabhängige Signalverläufe, die den Entladungsablauf des Piezostapels veranschaulichen, und
7A und 7B grafische Darstellungen, die die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels veranschaulichen.
Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit einem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem für Diesel-Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen und zwar insbesondere anhand eines piezoelektrisch gesteuerten bzw. betätigten Injektors (Piezo-Injektors) als Kraftstoffeinspritzventil dieses Kraftstoffeinspritzsystems beschrieben. Zunächst wird unter Bezugnahme auf 3 näher auf den Aufbau des Kraftstoffeinspritzsystems eingegangen.
Gemäß 3 ist eine Hochdruckförderpumpe 11 mit einer gemeinsamen Verteilerleiste 10 (Common Rail) verbunden. Bei Betätigung der Hochdruckförderpumpe 11 wird Kraftstoff von einem Kraftstoffbehälter 11 abgepumpt und mit einem dem Einspritzdruck entsprechenden hohen Druck kontinuierlich in der gemeinsamen Verteilerleiste 10 (Common Rail) gespeichert. Mit der gemeinsamen Verteilerleiste 10 (Common Rail) sind den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordnete Injektoren 13 verbunden, sodass der in der gemeinsamen Verteilerleiste 10 (Common Rail) enthaltene, unter hohem Druck stehende Kraftstoff bei Ansteuerung bzw. Betätigung der Injektoren 13 in die Zylinder eingespritzt wird (in 3 ist hierbei lediglich ein Injektor 13 dargestellt).
Eine elektronische Steuereinheit ECU 20 bildet in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein Einspritzsignal TQ und führt dieses Einspritzsignal TQ einer Injektor-Ansteuerschaltung 21 zu. Auf der Basis des Einspritzsignals TQ steuert die Injektor-Ansteuerschaltung 21 dann die Zeiten für den Beginn und die Beendigung der Einspritzung durch den Injektor 13. Hierbei führt der Injektor 13 den Einspritzvorgang entsprechend der Expansion und Kontraktion des Piezostapels durch. Der Piezostapel wird wiederum auf der Basis des Einspritzsignals TQ elektrisch aufgeladen und entladen, d.h., durch die Expansion und Kontraktion des Piezostapels werden Beginn und Ende der Kraftstoffeinspritzung bestimmt.
Der von der gemeinsamen Verteilerleiste 10 (Common Rail) den Injektoren 13 zugeführte und in die Zylinder eingespritzte Kraftstoff findet weiterhin als hydrostatischer Druck zur Steuerung der Injektoren 13 Verwendung und wird über eine Niederdruck-Rücklaufleitung 14 von den Injektoren 13 in den Kraftstoffbehälter 12 zurückgeführt. An der gemeinsamen Verteilerleiste 10 (Common Rail) ist ein Drucksensor 15 zur Messung des Kraftstoffdruckes angeordnet. Die elektronische Steuereinheit ECU 20 steuert den Öffnungsgrad eines Einstellventils 16 auf der Basis des Ausgangssignals des Drucksensors 15 und stellt auf diese Weise die der gemeinsamen Verteilerleiste 10 (Common Rail) unter Hochdruck zugeführte Kraftstoffmenge ein, sodass der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Verteilerleiste 10 (Common Rail) auf einem geeigneten Wert gehalten wird.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 4 näher auf den Aufbau des Injektors 13 eingegangen. Der Injektor 13 ist stabförmig ausgebildet, wobei seine in der Zeichnung dargestellte Unterseite derart angeordnet ist, dass sie durch eine Brennraumwand der Brennkraftmaschine hindurch verläuft und in einen Brennraum hineinragt. Hierbei umfasst der Injektor 13 im wesentlichen einen Düsenkörper 31, einen Gegendruck-Steuerbereich 32 sowie einen Piezo-Betätigungsbereich 33.
In dem Düsenkörper 31 wird ein einen großen Durchmesser aufweisender Teil 34a einer Düsennadel 34 in einem Düsenhalter 35 leichtgängig geführt, wobei ein Dichtkonus 34b am unteren Ende der Düsennadel 34 an einen am Ende des Düsenhalters 35 ausgebildeten ringförmigen Sitz 36 angedrückt oder von diesem abgehoben ist. Der unter Hochdruck stehende Kraftstoff wird von der gemeinsamen Verteilerleiste 10 (Common Rail) über einen Hochdruckkanal 38 in eine zwischen der Innenwand des Düsenhalters 35 und der Düsennadel 34 ausgebildete Kraftstoffkammer 37 geführt. Der in die Kraftstoffkammer 37 geführte Kraftstoff wird dann über einen Einspritzkanal 39 eingespritzt, wenn die Düsennadel 34 von dem ringförmigen Sitz 36 abgehoben wird. Durch den in der Kraftstoffkammer 37 herrschenden Kraftstoffdruck wird auf eine Stufenfläche 34c der Düsennadel 34 eine Druckwirkung ausgeübt. Hierdurch wirkt auf die Düsennadel 34 ständig eine aufwärts gerichtete Kraft (in einer Richtung zum Abheben der Düsennadel 34) ein.
Über der Düsennadel 34 ist eine Gegendruckkammer 41 ausgebildet, wobei der unter hohem Druck stehende Kraftstoff von dem Hochdruckkanal 38 über eine innere Öffnung 42 in die Gegendruckkammer 41 geführt wird. Der in die Gegendruckkammer 41 geführte und unter hohem Druck stehende Kraftstoff wirkt somit auf die Oberseite der Düsennadel 34 ein und drückt zusammen mit einer Feder 43 die Düsennadel 34 abwärts (in Richtung des Sitzes 36). Der Druck (Gegendruck) in der Gegendruckkammer 41 wird über den Piezo-Betätigungsbereich 33 in einer nachstehend noch näher beschriebenen Weise gesteuert.
Die Gegendruckkammer 41 steht über eine äußere Öffnung 44 mit einer Ventilkammer 45 in Verbindung. Die Ventilkammer 45 weist eine Deckenfläche 45a mit in Aufwärtsrichtung konisch verlaufender Formgebung auf und steht über den obersten Bereich der Deckenfläche 45a mit einer Niederdruckkammer 46 in Verbindung. Die Niederdruckkammer 46 steht wiederum über einen Niederdruckkanal 47 mit der Rücklaufleitung 14 in Verbindung. Die Ventilkammer 45 umfasst eine ebene Bodenfläche 45b, in die ein von dem Hochdruckkanal 38 abgezweigter Hochdruck-Steuerkanal 48 mündet. In der Ventilkammer 45 ist ein Kugelventil 50 angeordnet, dessen Unterseite horizontal abgetrennt ist. Das Kugelventil 50 bewegt sich aufwärts und abwärts. Im angehobenen Zustand liegt die kugelförmige Oberfläche an der Deckenfläche 45a der Ventilkammer 45 an, um die Verbindung zwischen der Ventilkammer 45 und der Niederdruckkammer 46 zu unterbrechen. Im abgesenkten Zustand liegt dagegen die Schnittfläche an der Bodenfläche 45b der Ventilkammer 45 an, um die Verbindung zwischen der Ventilkammer 45 und dem Hochdruck-Steuerkanal 48 zu unterbrechen.
Wenn das Kugelventil 50 zur Unterbrechung der Verbindung zwischen der Ventilkammer 45 und der Niederdruckkammer 46 angehoben ist, steigt der Gegendruck für die Düsennadel 34 an, was dazu führt, dass die Düsennadel 34 an dem Sitz 36 anliegt, da in der Gegendruckkammer 41 ein hoher Druck aufrecht erhalten wird. Wenn dagegen das Kugelventil 50 zur Unterbrechung der Verbindung zwischen der Ventilkammer 45 und dem Hochdruck-Steuerkanal 48 abgesenkt wird, wird die Gegendruckkammer 41 über die Ventilkammer 45, die Niederdruckkammer 46 und den Niederdruckkanal 47 mit der Rücklaufleitung 14 verbunden. Dies hat zur Folge, dass der Druck in der Gegendruckkammer 41 abnimmt und die Düsennadel 34 angehoben wird.
Das Kugelventil 50 wird in Abhängigkeit von der Expansion und Kontraktion des Piezostapels 51 in dem Piezo-Betätigungsbereich 33 abgesenkt oder angehoben. Zu diesem Zweck ist über der Niederdruckkammer 46 eine Verstellungs-Erweiterungskammer 52 ausgebildet, in der ein Kolben 53 mit großem Durchmesser und ein Kolben 54 mit kleinem Durchmesser in Aufwärts- und Abwärtsrichtung getrennt voneinander angeordnet sind. Der Piezostapel 51, der das ein kapazitives Lastelement bildende Laminat einer Anzahl von Piezoelementen umfasst, ist an der Oberseite des den großen Durchmesser aufweisenden Kolbens 53 angeordnet. Der den großen Durchmesser aufweisende Kolben 53 wird von einer an seiner Unterseite angeordneten Feder 55 gegen den Piezostapel 51 gedrückt und erfährt eine Verstellung in Aufwärtsrichtung und Abwärtsrichtung um einen dem Expansions- und Kontraktionsbetrag des Piezostapels 51 entsprechenden Betrag. Das untere Ende des den kleinen Durchmesser aufweisenden Kolbens 54 steht hierbei mit dem Kugelventil 50 in Berührung. Die Verstellungs-Erweiterungskammer 52 ist mit Kraftstoff gefüllt. Wenn der auf der Oberseite befindliche Kolben 53 mit dem großen Durchmesser durch die Expansion des Piezostapels 51 abwärts bewegt wird und eine Druckwirkung auf den in der Verstellungs-Erweiterungskammer 52 befindlichen Kraftstoff ausübt, wird der auf der Unterseite befindliche Kolben 54 mit dem kleinen Durchmesser durch die Druckkraft aufwärts bewegt. Da der Kolben 54 einen kleineren Durchmesser als der Kolben 53 mit dem großen Durchmesser aufweist, wird der Betrag der Expansion des Piezostapels 51 erweitert bzw. vergrößert und auf den Kolben 54 mit dem kleinen Durchmesser übertragen.
Zu Beginn einer Einspritzung expandiert zunächst der Piezostapel 51, wenn er von der Injektor-Ansteuerschaltung 21 elektrisch aufgeladen wird. Hierbei werden der Kolben 53 mit dem großen Durchmesser und der Kolben 54 mit dem kleinen Durchmesser abwärts bewegt, was dazu führt, dass auch das Kugelventil 50 abwärts bewegt wird, sodass der Gegendruck in der Gegendruckkammer 41 abnimmt. Hierdurch wird die Düsennadel 34 abgehoben, wodurch die Kraftstoffeinspritzung einsetzt. Bei Beendigung der Einspritzung setzt eine Kontraktion des Piezostapels 51 ein, wenn die elektrische Ladung über die Injektor-Ansteuerschaltung 51 abgeführt wird. Hierbei werden der Kolben 53 mit dem großen Durchmesser und der Kolben 54 mit dem kleinen Durchmesser aufwärts bewegt und drücken das Kugelventil 50 nicht länger abwärts. Über den Hochdruck-Steuerkanal 48 wirkt auf das Kugelventil 50 der hohe Kraftstoffdruck ein. Das Kugelventil 50 wird somit angehoben und unterbricht die Verbindung zwischen der Ventilkammer 45 und der Niederdruckkammer 46. Hierdurch steigt der Gegendruck in der Gegendruckkammer 41 an, wodurch die Düsennadel 34 zur Unterbrechung bzw. Beendigung der Kraftstoffeinspritzung an den Sitz 36 angedrückt wird.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 5 der Aufbau der Injektor-Ansteuerschaltung 21 näher beschrieben. Bei der Injektor-Ansteuerschaltung 21 umfasst eine Gleichstromquelleneinheit 60 einen Gleichspannungswandler 62 zur Erzeugung einer Gleichspannung von einigen 10 bis einigen 100 Volt von einer Fahrzeugbatterie 61, wobei dem Gleichspannungswandler 62 ein Pufferkondensator 63 parallel geschaltet ist. Der Pufferkondensator 63 besitzt eine relative große elektrostatische Kapazität und dient zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Spannung auch während des elektrischen Aufladungsvorgangs des Piezostapels 51.
Ein Ladeschalter 65, der bei der Aufladung des Piezostapels 51 eingeschaltet und abgeschaltet wird, sowie ein Entladeschalter 66, der bei der Entladung des Piezostapels 51 eingeschaltet und abgeschaltet wird, sind dem Pufferkondensator 63 parallel geschaltet. Den Schaltern 65 und 66 sind wiederum Dioden 67 und 68 parallel geschaltet. Ein Endanschluss einer Energie-Speicherspule 69 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Ladeschalter 65 und dem Entladeschalter 66 verbunden, während der andere Endanschluss der Energie-Speicherspule 69 mit den Piezostapeln 51 verbunden ist. Parallelschaltungen aus einem Wählschalter 70 und einer Diode 71 sind mit den Piezostapeln 51 zur Auswahl eines jeweils anzusteuernden Piezostapels 51 verbunden.
Der Ladeschalter 65, der Entladeschalter 66 und der Wählschalter 70 werden von Halbleiter-Schaltelementen wie MOS-Feldeffekttransistoren oder von mechanischen Relaisschaltern gebildet, die von einer (nicht dargestellten) Aufladungs-/Entladungs-Steuereinheit in den durchgeschalteten Zustand und den Sperrzustand versetzt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel entspricht der Entladeschalter 66 der "Schalteinrichtung", während die Energie-Speicherspule 69 dem "Energie-Rückgewinnungselement" entspricht.
Nachstehend wird auf den Vorgang zur Aufladung und Entladung des Piezostapels 51 durch die in der vorstehend beschriebenen Weise aufgebaute Injektor-Ansteuerschaltung 21 näher eingegangen. Wenn zunächst das Einspritzsignal TQ von der elektronischen Steuereinheit ECU 20 zugeführt wird, wird der Ladeschalter 65 durchgeschaltet, um denjenigen Piezostapel 51 elektrisch aufzuladen, dessen Wählschalter 70 eingeschaltet worden ist. Bei der Aufladung findet ein Aufladungsverfahren Verwendung, das als Vielfach-Schaltsystem bekannt ist. Im einzelnen wird hierbei der Ladestrom des Piezostapels 51 gemessen bzw. erfasst. Wenn der Ladestrom eine vorgegebene Stromstärke (von z.B. 25 A) erreicht, wird der Ladeschalter 65 abgeschaltet. Hierbei wird die erste Einschaltzeit des Ladeschalters 65 gespeichert. Wenn sodann der Strom des Piezostapels 51 bis auf 0 Ampere abgefallen ist, wird der Ladeschalter 65 wieder für eine Zeitdauer eingeschaltet, die der bei der ersten elektrischen Aufladung gespeicherten "Einschaltzeit" entspricht. Danach wird das Einschalten/Abschalten des Ladeschalters 65 auf der Basis der "ersten Einschaltzeit" jeweils wiederholt, wenn der Strom auf 0 Ampere abfällt. Bei diesem Aufladungsverfahren nimmt die Ladeenergie über eine gegebene Zeit hinweg einen konstanten Wert an. Auch wenn sich die Kapazität des Piezostapels 51 in Abhängigkeit von Temperaturschwankungen verändert, wird somit ein vorgegebener Betrag an elektrischer Energie in dem Piezostapel 51 gespeichert.
Wenn das Einspritzsignal TQ von der elektronischen Steuereinheit ECU 20 abgeschaltet wird, wird der Piezostapel 51 durch die Ein/Aus-Betätigung des Entladeschalters 66 entladen. Die Entladung des Piezostapels 51 erfolgt mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Schaltungsaufbaus, auf den nachstehend im einzelnen eingegangen wird. 1 veranschaulicht eine Schaltungsanordnung, die mit der Entladung des Piezostapels 51 in Verbindung steht. Eine in 1 dargestellte Entladeschalter-Steuerschaltung 80 bildet einen Teil der Aufladungs-/Entladungs-Steuereinheit, wobei der Entladeschalter 66 durch ein von der Entladeschalter-Steuerschaltung 80 abgegebenes Entladungssteuersignal Toff eingeschaltet oder abgeschaltet wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel entspricht die Entladeschalter-Steuerschaltung 80 der "Entladungs-Steuereinrichtung" und der "variablen Schwellenwert-Einstelleinrichtung".
Bei der Schaltungsanordnung gemäß 1 sind Spannungsteilerwiderstände 75 und 76 dem Piezostapel 51 parallel geschaltet, wobei die Spannung am Piezostapel 51 (die nachstehend als Piezospannung Vpzt bezeichnet ist) von den Spannungsteilerwiderständen 75 und 76 erfasst wird. Bei der Entladeschalter-Steuerschaltung 80 wird die Piezospannung Vpzt dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 81 zugeführt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 81 ist mit der Basis eines Transistors 82 verbunden, während der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 81 mit dem Emitter des Transistors 82 verbunden ist. Spannungsteilerwiderstände 83, 84 und 85 sind mit einer Konstantspannungsquelle Vcc in Reihe geschaltet. Der Kollektor des Transistors 82 ist hierbei mit einem Verbindungspunkt der Spannungsteilerwiderstände 83 und 84 verbunden, während der nichtinvertierende Eingang eines Vergleichers 87 mit einem Verbindungspunkt der Spannungsteilerwiderstände 84 und 85 verbunden ist.
Ein Widerstand 86 ist zwischen den Emitter des Transistors 82 und Masse geschaltet, wobei der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 81 mit dem Widerstand 86 verbunden ist, sodass die Spannung am Widerstand 86 den Wert Vpzt annimmt. Der über den Widerstand 86 fließende Strom wird somit von der Spannung Vpzt und dem Widerstand 86 bestimmt und fließt von der Konstantspannungsquelle Vcc über den Widerstand 83 und den Transistor 82. Wenn die Spannung Vpzt ansteigt, vergrößert sich daher der Spannungsabfall am Widerstand 83, während die Spannung am Verbindungspunkt der Spannungsteilerwiderstände 84 und 85 abfällt, d.h., die Spannung am Verbindungspunkt (Bezugsspannung des Vergleichers 87) verringert sich mit steigender Spannung Vpzt.
Bei der Injektor-Ansteuerschaltung 21 wird der Entladestrom Idis des Piezostapels 51 von einem Strommesswiderstand 77 erfasst, wobei der Vergleicher 87 den Messwert (den in eine Spannung umgesetzten Wert) des Entladestroms Idis mit einer Bezugsspannung vergleicht, die einen Unterbrechungsschwellenwert darstellt. Hierbei nimmt das Vergleichs-Ausgangssignal den H-Pegel an, wenn der Messwert Idis kleiner als die Bezugsspannung ist, während es den L-Pegel annimmt, wenn der Messwert Idis größer als die Bezugsspannung ist. Der Vergleicher 87 stellt einen Hysterese-Vergleicher dar, bei dem die Spannung am Verbindungspunkt der Spannungsteilerwiderstände 84 und 85 als Bezugsspannung VH1 im oberen Bereich dient, wenn das Ausgangssignal den H-Pegel aufweist, während 0 Volt die Bezugsspannung VL1 im unteren Bereich bildet, wenn das Ausgangssignal den L-Pegel aufweist.
Einem UND-Glied 88 werden das Ausgangssignal des Vergleichers 87, das Ausgangssignal einer Entladungsdauer-Signalgeberschaltung 90 sowie das Ausgangssignal einer Taktgeberschaltung 91 zugeführt. Das UND-Glied 88 nimmt sodann eine UND-Verknüpfung dieser Eingangssignale zur Bildung des Entladungssteuersignals Toff vor. Die Entladungsdauer-Signalgeberschaltung 90 erzeugt ein Entladungsdauersignal (Entladungsperiodensignal), das den H-Pegel nur für eine vorgegebene Zeitdauer annimmt, nachdem das von der elektronischen Steuereinheit ECU 20 abgegebene Einspritzsignal TQ den L-Pegel angenommen hat. Die Taktgeberschaltung 91, deren Schaltungsaufbau in 2 veranschaulicht ist, bildet innerhalb einer Entladungsperiode ein Taktsignal mit einer vorgegebenen Dauer bzw. Periode.
Nachstehend werden Aufbau und Arbeitsweise der in 2 veranschaulichten Taktgeberschaltung 91 unter Bezugnahme auf die Signalverläufe gemäß den 6A bis 6I näher beschrieben, die zur Veranschaulichung des Entladungsablaufs bei dem Piezostapel 51 dienen. Die Vorgänge zur Bildung der Taktsignale sind insbesondere in den 6A bis 6E veranschaulicht.
Wenn gemäß 6A das Einspritzsignal TQ zur Zeit t1 den L-Pegel annimmt, gibt die Entladungsdauer-Signalgeberschaltung 90 ein Entladungsdauersignal mit dem H-Pegel nur für eine vorgegebene Zeitdauer ab. Nach der Zeit t1 nimmt ein invertiertes Signal des Entladungsdauersignals den L-Pegel an. Bei der Schaltungsanordnung gemäß 2 wird hierdurch der Transistor 103 gesperrt. Somit fließt von einer Konstantstromquelle 101 ein Konstantstrom in einen Kondensator 102, sodass die Kondensatorspannung allmählich ansteigt. Hierbei nimmt das Ausgangssignal eines Vergleichers 104 den L-Pegel an, sodass ein Transistor 105 gesperrt wird und auf diese Weise das Taktsignal den H-Pegel annimmt.
Wenn das Vergleicher-Ausgangssignal den L-Pegel aufweist, bildet der Vergleicher 104 im oberen Bereich eine Bezugsspannung VH2. Wenn dagegen das Vergleicher-Ausgangssignal den H-Pegel aufweist, bildet der Vergleicher 104 im unteren Bereich eine Bezugsspannung VL2. Wenn dann die Kondensatorspannung zur Zeit t3 die Bezugsspannung VH2 erreicht, gibt der Vergleicher 104 ein Ausgangssignal mit dem H-Pegel ab, sodass die Transistoren 105 und 106 beide durchgeschaltet werden. Auf diese Weise wird das Taktsignal invertiert und nimmt den L-Pegel an. Außerdem geht hierbei die Bezugsspannung des Vergleichers 104 von der Bezugsspannung VH2 im oberen Bereich auf die Bezugsspannung VL2 im unteren Bereich über. Wenn das Ausgangssignal des Vergleichers 104 den H-Pegel annimmt, wird der Transistor 107 durchgeschaltet, wodurch ein Konstantstrom über den Transistor 107 zu Masse fließt und der Anstieg der Kondensatorspannung endet. Darüber hinaus wird der Kondensator 102 über eine Stromspiegelschaltung 108 entladen, sodass die Kondensatorspannung abfällt.
Wenn sodann die Kondensatorspannung zur Zeit t5 die Bezugsspannung VL2 erreicht, nimmt das Ausgangssignal des Vergleichers 104 wieder den L-Pegel an, sodass die Transistoren 105 bis 107 gesperrt werden. Das Taktsignal wird hierdurch angehoben und nimmt wieder den H-Pegel an. Sodann wird die Kondensatorspannung während einer Entladungsdauer bis zu der Zeit t6 wiederholt angehoben und abgesenkt, bei der das Entladungsdauersignal wieder den L-Pegel annimmt, wobei Taktsignale mit einer vorgegebenen Dauer bzw. Periode entsprechend abgegeben werden.
Nachstehend wird der Ablauf zur Entladung des Piezostapels 51 unter Bezugnahme auf den Signalverlauf gemäß 6B näher beschrieben, wobei die Beschreibung auf den 6F bis 6I in Verbindung mit dem vorstehend beschriebenen Taktsignalverlauf beruht.
Zur Zeit t1 nehmen das Entladungsdauersignal und das Taktsignal beide den H-Pegel an, wobei der Messwert Idis unter der Bezugsspannung VH1 liegt. Das Ausgangssignal des Vergleichers 87 nimmt daher den H-Pegel an, sodass das Entladungssteuersignal Toff den H-Pegel annimmt und der Entladeschalter 86 eingeschaltet wird. Hierdurch setzt die Entladung des Piezostapels 51 ein, wobei der Entladestrom Idis anzusteigen beginnt, d.h., der Piezostapel 51 wird entladen, wenn die in dem Piezostapel 51 gespeicherte elektrische Energie von der Energie-Speicherspule 69 rückgewonnen wird.
Wenn sodann der Messwert Idis zur Zeit t2 die Bezugsspannung VH1 erreicht, nehmen das Ausgangssignal des Vergleichers 87 und das Entladungssteuersignal Toff den L-Pegel an, sodass der Entladeschalter 66 abgeschaltet bzw. gesperrt wird. Wenn der Entladeschalter 66 abgeschaltet wird, fließt die von dem Piezostapel 51 bis zu diesem Zeitpunkt der Energie-Speicherspule 69 zugeführte elektrische Energie über die Diode 67 ab und wird dem Pufferkondensator 63 zugeführt. Hierdurch nimmt der Entladestrom Idis ab. Die Bezugsspannung geht hierbei zu dem Zeitpunkt, bei dem das Ausgangssignal des Vergleichers 87 den L-Pegel angenommen hat, von der Bezugsspannung VH1 auf die Bezugsspannung VL1 (0 Volt) über.
Wenn der Messwert Idis zur Zeit t4 in Verbindung mit der Abnahme des Entladestroms Idis die Bezugsspannung VL1 erreicht, gibt der Vergleicher 87 ein Ausgangssignal mit dem H-Pegel ab. Das Entladungssteuersignal Toff geht daher auf den H-Pegel zur Zeit t5 über, bei der das Taktsignal den H-Pegel annimmt, sodass der Entladeschalter 66 eingeschaltet wird. Anschließend wird in der bereits beschriebenen Weise ein Entladungssteuersignal Toff in Abhängigkeit von der Änderung des Messwertes Idis und in Abhängigkeit von dem Taktsignal gebildet und der Entladeschalter 66 eingeschaltet und abgeschaltet. Wie vorstehend beschrieben, wird der Entladeschalter 66 hierbei mit einer Rate eingeschaltet und abgeschaltet, die jeweils einer Takteinheit der Taktsignale entspricht.
Nach wiederholter Durchführung der Entladung fällt die Piezospannung Vpzt auf 0 Volt ab, sodass die elektrische Ladung des Piezostapels 51 vollständig abgeführt ist.
Während der Entladung des Piezostapels 51 nimmt die Piezospannung Vpzt in der in 6F dargestellten Weise allmählich ab, wobei die Bezugsspannung VH1 des Vergleichers 87 in der in 6G veranschaulichten Weise in Verbindung mit dieser Abnahme der Piezospannung Vpzt variabel eingestellt wird, d.h., in Form einer Gegenkopplungsregelung wird die Bezugsspannung VH1 bei einer hohen Piezospannung Vpzt verringert und bei einer niedrigen Piezospannung Vpzt vergrößert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die elektrische Aufladung dahingehend gesteuert bzw. geregelt, dass der Betrag der Autladungsenergie konstant gehalten wird. Die Piezospannung Vpzt steigt daher bei einer geringen Piezokapazität an und verringert sich im gegenteiligen Falle bei einer hohen Piezokapazität. Auch in einem solchen Falle wird die Bezugsspannung VH1 des Vergleichers 87 variabel eingestellt. Wenn somit z.B. die Piezokapazität gering und die Piezospannung Vpzt hoch sind, wird der Entladestrom Idis auf einem niedrigen Wert gehalten und die elektrische Entladung verzögert. Wenn dagegen die Piezokapazität groß und die Piezospannung Vpzt gering sind, steigt der Entladestrom Idis an und die elektrische Entladung wird beschleunigt. Dies ermöglicht die Bewältigung von Änderungen der Piezokapazität, die durch Temperaturschwankungen verursacht werden. Demzufolge bleibt die Entladezeit unabhängig von einer Änderung der Kapazität des Piezostapels 51 konstant, sodass eine Optimierung der Entladungscharakteristik erzielt wird. Weiterhin nimmt die Entladungsenergie einen konstanten Wert an, wobei der Betrag der Piezo-Verstellung auch dann konstant bleibt, wenn sich die Piezokapazität verändert. Hierbei wird angestrebt, dass Änderungen bzw. Schwankungen der Entladungsenergie dahingehend unterdrückt werden, dass sie 20% nicht übersteigen und vorzugsweise nicht größer als 5% sind.
Die 7A und 7B stellen Diagramme dar, die die Auswirkung dieser Regelung der elektrischen Entladung gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel veranschaulichen, wobei 7A die Daten des beschriebenen Ausführungsbeispiels veranschaulicht, bei dem die Bezugsspannung VH1 variabel eingestellt wird, während 7B Daten des Standes der Technik veranschaulicht, bei dem die Bezugsspannung VH1 auf einen konstanten Wert eingestellt ist. Die 7A und 7B veranschaulichen die Entladungsenergie (50 μs-Entladungsenergie) während 50 μs seit dem Beginn einer Entladung sowie die erforderliche Zeit (90%-Entladungszeit), bis 90% der in dem Piezostapel 51 gespeicherten Energie in Relation zu der Piezokapazität abgeführt worden sind.
Bei den in 7B dargestellten Daten verändern sich sowohl die 50 μs-Entladungsenergie als auch die 90%-Entladungszeit in Abhängigkeit von der Piezokapazität, d.h., die 50 μs-Entladungsenergie vergrößert sich mit steigender Piezokapazität, während die 90%-Entladungszeit sich mit steigender Piezokapazität verkürzt. Dies beinhaltet, dass bei einer z.B. auf einer Temperaturänderung beruhenden Veränderung der Piezokapazität die Entladungscharakteristik des Piezostapels nicht konstant bleibt. Bei den in 7A veranschaulichten Daten bleiben dagegen sowohl die 50 μs-Entladungsenergie als auch die 90%-Entladungszeit unabhängig von der Piezokapazität im wesentlichen konstant.
Dies bedeutet, dass die Entladungscharakteristik des Piezostapels 51 auch dann gleichförmig bleibt, wenn sich die Piezokapazität auf Grund von Temperaturschwankungen verändert.
Das vorstehend im einzelnen beschriebene Ausführungsbeispiel weist somit folgende Vorteile auf:
Bei der Entladung des Piezostapels 51 werden die Bezugsspannung VH1 des Vergleichers 87 in Abhängigkeit von der Piezospannung Vpzt variabel eingestellt und der Entladeschalter 66 derart eingeschaltet und abgeschaltet, dass die Entladungszeit konstant wird. Hierdurch lässt sich die Entladungscharakteristik optimieren und der Piezostapel 51 mit gleichbleibender Genauigkeit ansteuern bzw. betätigen. Dies wiederum ermöglicht eine höhere Genauigkeit bei der Regelung der Kraftstoffeinspritzmenge.
Eine Veränderung der Piezokapazität kann bereits mit Hilfe der Gegenkopplungs-Regeleinheit in der Entladeschalter-Steuerschaltung 80 korrigiert werden, wodurch sich im Vergleich zur Durchführung dieser Korrekturregelung unter Verwendung eines Mikrocomputers und dergleichen ein kostengünstiger Schaltungsaufbau realisieren lässt.
Während der Entladungsperiode des Piezostapels 51 wird der Entladeschalter 66 synchron mit den in regelmäßigen Intervallen abgegebenen Taktsignalen eingeschaltet und abgeschaltet. Anders als bei einem Aufbau, bei dem der Entladeschalter 66 einfach in Abhängigkeit von dem Entladestrom Idis eingeschaltet und abgeschaltet wird, kann daher die Betriebswartezeit (z.B. die Zeitdauer von der Zeit t4 bis zu der Zeit t5 gemäß 6) auf den Entladeschalter 66 übertragen werden. Hierdurch können die Anzahl der Schaltvorgänge des Entladeschalters 66 und damit die Schaltungsverluste verringert werden. Weiterhin kann die elektrische Entladung bewusst verzögert werden, ohne die Induktivität der Energie-Speicherspule 69 zu erhöhen oder die Bezugsspannung VH1 zu verringern.
Die Erfindung ist allerdings nicht auf die Merkmale des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels beschränkt, sondern kann auch z.B. in der Praxis in einer Weise Verwendung finden, wie sie nachstehend näher beschrieben ist.
Der Betrag der Gegenkopplung in der Entladeschalter-Steuerschaltung 80 kann der Piezocharakteristik zur Erzielung einer geeigneten Temperaturcharakteristik angepasst werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird dem UND-Glied 88 der Entladeschalter-Steuerschaltung 80 ein Entladungsdauersignal zugeführt, das nach der Abschaltung des Einspritzsignals TQ für eine vorgegebene Zeitdauer den H-Pegel annimmt. Die Verwendung dieses Entladungsdauersignals kann jedoch auch entfallen, d.h., das UND-Glied 88 erzeugt ein Entladungssteuersignal Toff in Abhängigkeit von der UND-Verknüpfung des Ausgangssignals des Vergleichers 87 und des Taktsignals, wodurch sich die gleiche Wirkung erzielen lässt.
Ferner ist die Taktsignalgeneratoreinrichtung nicht auf die Taktgeberschaltung 91 gemäß 2 beschränkt, sondern kann auch in anderer Form aufgebaut sein. Die Taktsignalgeneratoreinrichtung kann hierbei im wesentlichen eine Schaltungsanordnung sein, die nach der Abschaltung des Einspritzsignals TQ innerhalb einer Entladungsdauer ein Taktsignal in regelmäßigen Intervallen abgibt bzw. erzeugt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Bezugsspannung VH1 des Vergleichers 87 bei der Entladung des Piezostapels 51 in Abhängigkeit von der Piezospannung Vpzt variabel eingestellt und der Entladeschalter 66 synchron mit den Taktsignalen eingeschaltet und abgeschaltet. Die Steuerung des Entladeschalters 66 muss jedoch nicht in synchroner Abhängigkeit von den Taktsignalen erfolgen. Ein solcher Aufbau ermöglicht ebenfalls eine Optimierung der Entladungscharakteristik.
Unter dem Gesichtspunkt der Herstellungskosten ist anzustreben, dass die Entladungssteuereinrichtung und die variable Schwellenwert-Einstelleinrichtung in der vorstehend beschriebenen Weise durch konkrete Schaltungsanordnungen realisiert werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, diese Schaltungsanordnungen durch Verwendung eines Mikrocomputers zu realisieren. Hierbei wird z.B. die Lastspannung (Piezospannung Vpzt) von einem Mikrocomputer ermittelt, während der Unterbrechungsschwellenwert (Bezugsspannung VH1) durch eine Instruktion des Mikrocomputers in Abhängigkeit von der Lastspannung verändert werden kann.
Darüber hinaus kann das das kapazitive Lastelement darstellende Piezoelement (Piezostapel) auch in anderer Form als bei einem Injektor zur Kraftstoffeinspritzung Verwendung finden und auf diese Weise ebenfalls die Erfindung in einer Ansteuereinheit verkörpern.
Wie vorstehend beschrieben, wird somit erfindungsgemäß eine Entladecharakteristik zur genauen Ansteuerung eines kapazitiven Lastelements (51) optimiert. Wenn ein Entladeschalter (66) bei der Entladung eines Piezostapels eingeschaltet wird, wird ein Stromkreis für den Piezostapel und eine Energie-Speicherspule (69) geschlossen und die in dem Piezostapel gespeicherte Energie von der Energie-Speicherspule (69) rückgewonnen. Wenn sodann der Entladestrom des Piezostapels einen Unterbrechungsschwellenwert erreicht, wird der Entladeschalter (66) abgeschaltet. Nachdem der Entladestrom abgefallen ist, wird der Entladeschalter (66) wieder eingeschaltet und der Entladungsvorgang so lange wiederholt, bis die Entladung des Piezostapels abgeschlossen ist. Hierbei wird die Spannung am Piezostapel ermittelt und der Unterbrechungsschwellenwert in Abhängigkeit von der ermittelten Spannung variabel eingestellt.

Claims

Vorrichtung zur Ansteuerung eines kapazitiven Lastelements mit einer temperaturabhängigen Kapazitätscharakteristik und Steuerung der Aufladung und Entladung des kapazitiven Lastelements zur Betätigung des Elements, gekennzeichnet durch ein Energie-Rückgewinnungselement (69), das mit dem kapazitiven Lastelement (51) zur Wiedergewinnung der in dem kapazitiven Lastelement (51) gespeicherten Energie in Reihe geschaltet ist, eine Schalteinrichtung (66), die in einem Stromkreis, über den das kapazitive Lastelement (51) und das Energie-Rückgewinnungselement (69) in den leitenden Zustand versetzt werden, zur Unterbrechung des Stromkreises angeordnet ist, eine Entladestrom-Messeinrichtung (77) zur Messung eines Entladestroms des kapazitiven Lastelements, eine Entladestrom-Steuereinrichtung (80), die bei der Entladung des kapazitiven Lastelements (51) die Schalteinrichtung (66) abschaltet, wenn der von der Entladestrom-Messeinrichtung (77) gemessene Entladestrom nach dem Einschalten der Schalteinrichtung (66) einen Unterbrechungsschwellenwert erreicht, die Schalteinrichtung (66) erneut einschaltet, nachdem der Entladestrom abgefallen ist, und den Entladungsvorgang wiederholt, bis die elektrische Ladung des kapazitiven Lastelements (51) vollständig entladen ist, eine Lastspannungs-Messeinrichtung (75, 76) zur Messung der Lastspannung des kapazitiven Lastelements, und eine variable Schwellenwert-Einstelleinrichtung (80) zur variablen Einstellung des Unterbrechungsschwellenwerts in Abhängigkeit von der gemessenen Lastspannung.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Schwellenwert-Einstelleinrichtung (80) den Unterbrechungsschwellenwert durch Gegenkopplung in Abhängigkeit von der Lastspannung steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Aufladungssteuereinrichtung (65) zur Herbeiführung einer derartigen Aufladung des kapazitiven Lastelements (51), dass die in dem kapazitiven Lastelement (51) akkumulierte Energiemenge konstant wird.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladestrom-Steuereinrichtung (80) die Schalteinrichtung (66) synchron mit Taktsignalen einschaltet oder abschaltet, die in regelmäßigen Intervallen innerhalb einer Entladungsperiode des kapazitiven Lastelements (51) abgegeben werden.
Vorrichtung zur Ansteuerung eines kapazitiven Lastelements mit einer temperaturabhängigen Kapazitätscharakteristik und Steuerung der Aufladung und Entladung des kapazitiven Lastelements zur Betätigung des Elements, gekennzeichnet durch ein Energie-Rückgewinnungselement (69), das mit dem kapazitiven Lastelement (51) zur Wiedergewinnung der in dem kapazitiven Lastelement (51) gespeicherten Energie in Reihe geschaltet ist, eine Schalteinrichtung (66), die in einem Stromkreis, über den das kapazitive Lastelement (51) und das Energie-Rückgewinnungselement (69) in den leitenden Zustand versetzt werden, zur Unterbrechung des Stromkreises angeordnet ist, eine Entladestrom-Messeinrichtung (80) zur Messung eines Entladestroms des kapazitiven Lastelements, eine Taktsignalgebereinrichtung (91) zur Erzeugung von Taktsignalen in regelmäßigen Intervallen, und eine Entladestrom-Steuereinrichtung (80), die bei der Entladung des kapazitiven Lastelements (51) die Schalteinrichtung (66) abschaltet, wenn der von der Entladestrom-Messeinrichtung (80) gemessene Entladestrom nach dem Einschalten der Schalteinrichtung (66) einen Unterbrechungsschwellenwert erreicht, die Schalteinrichtung (66) synchron mit dem Taktsignal erneut einschaltet, und den Entladungsvorgang wiederholt, bis die elektrische Ladung des kapazitiven Lastelements (51) vollständig entladen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktsignale Binärsignale darstellen, die in regelmäßigen Intervallen den H-Pegel oder den L-Pegel annehmen und dass die Entladestrom-Steuereinrichtung (80) das Einschalten der Schalteinrichtung (66) nur zulässt, wenn das Taktsignal entweder den H-Pegel oder den L-Pegel annimmt.