DE102006000288B4

DE102006000288B4 - Ansteuerungsgerät für Piezo-Einspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE102006000288B4
Application number: DE102006000288.1A
Authority: DE
Inventors: Noboru Nagase
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2020-10-15
Anticipated expiration: 2026-06-10
Also published as: FR2887706A1; JP2006345665A; DE102006000288A1; FR2887706B1; US7626315B2; US20060279592A1; JP4348710B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zur Ansteuerung einer Piezo-Einspritzvorrichtung, die ein piezoelektrisches Element als eine Betätigungseinrichtung bzw. als einen Aktor umfasst.
Ein herkömmliches Ansteuerungsgerät für eine Piezo-Einspritzvorrichtung steuert das Ausdehnen und Zusammenziehen eines piezoelektrischen Elements, indem das piezoelektrische Element in einer Mehrfachschaltweise geladen oder entladen wird. Die Mehrfachschaltweise lädt und entlädt das piezoelektrische Element, während die Größe eines Stroms, der durch das piezoelektrische Element fließt, wiederholt vergrößert und verkleinert wird, indem eine Schaltvorrichtung durch eine Stromstellersteuerung bzw. Unterbrechersteuerung oder Chopper-Steuerung wiederholt ein- und ausgeschaltet wird.
Die Kapazität des piezoelektrischen Elements ändert sich erheblich mit der Temperatur. Dementsprechend kann sich, auch wenn sich eine elektrische Zustandsgröße, die eine Wechselbeziehung mit einer Ausdehnungs- und Zusammenziehgröße des piezoelektrischen Elements aufweist, wie beispielsweise eine Spannung, die an das piezoelektrische Element angelegt wird, nicht ändert, eine Ausdehnungs- und Zusammenziehgröße des piezoelektrischen Elements in Abhängigkeit von einer Änderung in der Temperatur des piezoelektrischen Elements ändern.
Dementsprechend macht, wie es in der JP-2002-136156A offenbart ist, ein Ansteuerungsgerät eine Einschaltzeit bei jedem Ein-Betrieb bei einer Schaltvorrichtung konstant und schaltet von einem Aus-Betrieb zu einem Ein-Betrieb um, wenn ein Strom, der durch das piezoelektrische Element fließt, Null wird. Durch Ausführung derartiger Ein- und Aus-Operationen kann eine Energie, die dem piezoelektrischen Element zugeführt wird, unabhängig von der Temperatur des piezoelektrischen Elements im Wesentlichen konstant gehalten werden.
Die nachstehend genannten Schwierigkeiten können mit der Chopper-Steuerung in einer derartigen Betriebsart auftreten. Da eine Energieänderung bei dem Start eines Ladens oder Entladens des piezoelektrischen Elements groß ist, wird ein großer Lärm oder ein großes Rauschen erzeugt, wenn die Einspritzvorrichtung angesteuert wird. Außerdem schwingt das piezoelektrische Element stark, da eine Energieänderung bei dem Ende eines Ladens des piezoelektrischen Elements groß ist. Da eine Vergrößerung der Schwingung eine Vergrößerung eines Energieverlustes verursacht, kann eine endgültige Verschiebungsgröße des piezoelektrischen Elements nicht genau gesteuert werden. Des Weiteren kann sich, da eine Energieänderung bei dem Ende eines Entladens groß ist, wenn sich das Ventil der Piezo-Einspritzvorrichtung öffnet und dann schließt und das piezoelektrische Element stark schwingt, der Ventilkörper in der Piezo-Einspritzvorrichtung mit einem erhöhten Geräusch setzen. Wenn das piezoelektrische Element bei dem Ende eines Entladens stark schwingt, wenn eine regenerative Steuerung ausgeführt wird, um eine Entladungsenergie wiederherzustellen, kann der Betrag der Energie, die in dem piezoelektrischen Element wiederhergestellt werden kann, abnehmen.
Es ist möglich, eine Änderung der elektrischen Energie des piezoelektrischen Elements klein einzustellen. In diesem Fall dauert es jedoch länger, das Ventil der Piezo-Einspritzvorrichtung zu öffnen oder zu schließen. Da es ein Vorzug der Piezo-Einspritzvorrichtung ist, eine höhere Ansprechempfindlichkeit als Einspritzvorrichtungen aufzuweisen, die einen Elektromagneten oder dergleichen als eine Betätigungseinrichtung einsetzen, kann eine Verringerung des Absolutwerts einer Änderungsrate der elektrischen Energie einen Verlust des Vorzugs verursachen.
Ohne auf den Fall begrenzt zu sein, bei dem elektrische Zustandsgrößen des piezoelektrischen Elements in der vorstehend beschriebenen Betriebsart betrieben werden, tritt bei einer Steuerung des Ausdehnens und des Zusammenziehens des piezoelektrischen Elements die vorstehend beschriebene Schwierigkeit im Allgemeinen aufgrund einer Vergrößerung einer Änderung der elektrischen Zustandsgrößen bei dem Start oder dem Ende eines Ladens oder Entladens auf.
Die Druckschrift DE 10 2004 007 391 A1 beschreibt eine Piezoaktuator-Ansteuerschaltung, die den Betrieb eines durch einen Piezoaktuator angetriebenen mechanischen Elements stabilisiert, bestehend aus einer Zerhackerschaltung zum Laden und Entladen zwischen einem Piezostapel und einem Kondensator, die in einen Piezoaktuator eingebaut sind, durch einen dreieckwellenförmigen Signalverlauf, wodurch ein Strom durch wiederholtes Ein- und Ausschalten von Schaltelementen zwischen 0 und einem Spitzenstrom alterniert, wobei die Ein-Perioden der Schaltelemente so festgelegt sind, dass der Spitzenstrom während einer Zeitspanne von dem Beginn des Ladens bis zu dem Ende des Ladens und während einer Zeitspanne von dem Beginn des Entladens bis zu dem Ende des Entladens monoton abnimmt, und so, dass der Spitzenstrom ausgehend von zumindest der Mitte des Ladens und des Entladens langsam abnimmt, und ein diese verwendender Kraftstoffinjektor.
Die Druckschrift DE 103 14 566 A1 offenbart eine Ansteuerschaltung für piezoelektrische Bauteile, die zur Betätigung der Kraftstoff-Einspritzventile der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs Verwendung finden kann. Die Ansteuerschaltung umfasst eine Spannungsverstärkungsschaltung, die zwischen einem Hochpotentialanschluss eines piezoelektrischen Bauteils und einem Hochpotentialanschluss eines Kondensators angeordnet ist. Die Spannungsverstärkungsschaltung wird von einem Zerhacker-Gleichspannungswandler gebildet. Ein MOS-Transistor ist am Verbindungspunkt des Gleichspannungswandlers, des piezoelektrischen Bauteils und einer Batterie angeordnet. Dieser MOS-Transistor wird durchgeschaltet, wenn der Kondensator über die Batterie aufgeladen wird, wodurch die Verlustleistung und eine unerwünschte Wärmeerzeugung verringert werden.
Die Druckschrift DE 103 03 975 A1 beschreibt ein Piezobetätigungsgliedsteuerungsgerät, ein entsprechendes Verfahren und ein Kraftstoffeinspritzsystem. Eine Spannung eines Piezostapels wird mit einer in einer Abtast-Halte-Schaltung gespeicherten Spannung durch eine Vergleichsschaltung verglichen. Wenn die Spannung des Piezostapels die in der Abtast-Halte-Schaltung gespeicherte Spannung erreicht, beendet eine Steuerungsschaltung eine Ladephase des Piezostapels.
Die Druckschrift DE 60 2004 012 591 T2 beschreibt eine Steuerschaltung für eine Injektoranordnung.
Die Druckschrift DE 10 2004 030 249 A1 beschreibt eine Piezoaktor-Ansteuerschaltung zur Aufladung und Entladung eines Piezoaktors. Eine Spannung eines Piezostapels wird mit einer in einer Abtast-Halte-Schaltung gespeicherten Spannung durch eine Vergleichsschaltung verglichen. Wenn die Spannung des Piezostapels die in der Abtast-Halte-Schaltung gespeicherte Spannung erreicht, beendet eine Steuerungsschaltung eine Ladephase des Piezostapels. Dadurch kann die in den Piezostapel geladene Energie gleich zu der vor der Entladung geladenen Energie gemacht werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ansteuerungsgerät für eine Piezo-Einspritzvorrichtung bereitzustellen, das in geeigneter Weise Schwierigkeiten überwinden kann, die bei dem Start und dem Ende eines Ladens oder Entladens eines piezoelektrischen Elements auftreten, während eine hohe Ansprechempfindlichkeit aufrechterhalten wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Ansteuerungsgerät gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die vorstehend genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung besser ersichtlich. Es zeigen:

1 ein schematisches Diagramm, das ein Kraftmaschinensystem zeigt, das ein Ansteuerungsgerät für eine Piezo-Einspritzvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet,
2 eine Schnittansicht, die eine Piezo-Einspritzvorrichtung zeigt, die in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird,
3 ein Schaltungsdiagramm, das das Ansteuerungsgerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt,
4 ein Zeitablaufdiagramm, das eine Regelungsbetriebsart gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt,
5 ein Schaltungsdiagramm zur Beschreibung, das in einem piezoelektrischen Element Leistung verschwendet werden kann,
6A und 6B Zeitablaufdiagramme, die Betriebsspannungsmuster und Muster der Absolutwerte von Änderungsraten von Betriebsspannungen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigen,
7A und 7B Zeitablaufdiagramme, die Muster der Absolutwerte von Änderungsraten von Betriebsspannungen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigen,
8 ein Flussdiagramm, das eine Einstellbetriebsart eines Betriebsspannungsmusters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt,
9 ein Schaltungsdiagramm, das ein Ansteuerungsgerät einer Piezo-Einspritzvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
10A und 10B Zeitablaufdiagramme, die elektrische Energiemuster und Leistungsmuster gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigen,
11A und 11B Zeitablaufdiagramme, die Leistungsmuster gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigen,
12 ein Flussdiagramm, das eine Einstellbetriebsart eines Betriebsenergiemusters gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt,
13 ein Zeitablaufdiagramm, das einen Übergang von Betriebsströmen in einer Variante des ersten Ausführungsbeispiels zeigt,
14 ein Zeitablaufdiagramm, das den Übergang von Betriebsströmen in einer Variante des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt, und
15A bis 15C Zeitablaufdiagramme, die elektrische Energiemuster und Spannungsmuster gemäß einer Variante der Ausführungsbeispiele zeigen.

(Erstes Ausführungsbeispiel)
In einem Dieselkraftmaschinensystem, das in 1 gezeigt ist, wird Kraftstoff in einem Kraftstofftank 2 durch eine Hochdruckkraftstoffzufuhrpumpe 4 hochgepumpt und unter Druck einer gemeinsamen Kraftstoffleitung bzw. einem Common-Rail 6 zugeführt. Der Kraftstoff, der unter hohem Druck in dem Common-Rail 6 gespeichert wird, wird einer Piezo-Einspritzvorrichtung PI, die bei jedem Zylinder einer Vier-Zylinder-Dieselkraftmaschine bereitgestellt ist, über einen Hochdruckkraftstoffdurchgang 8 zugeführt. Jede Piezo-Einspritzvorrichtung PI ist mit einem Niedrigdruckkraftstoffdurchgang 9 verbunden, um Kraftstoff, der aus ihr entweicht, zu dem Kraftstofftank 2 zurückzuführen.
Die Piezo-Einspritzvorrichtung PI kann so aufgebaut sein, wie es in 2 gezeigt ist. Genauer gesagt ist ein säulenartiges Nadelaufbewahrungsteil 12 in einem Körper 10 einer Piezo-Einspritzvorrichtung PI bereitgestellt. Der Nadelaufbewahrungsteil 12 speichert eine Düsennadel 14, die in einer zugehörigen axialen Richtung bewegbar ist. Wenn die Düsennadel 14 auf einen ringartigen Nadelsitzteil 16, das bei dem Kopfende bzw. Vorderteilende des Körpers 10 ausgebildet ist, gesetzt wird, ist der Nadelaufbewahrungsteil 12 von der Außenseite (eine Verbrennungskammer der Dieselkraftmaschine) abgetrennt. Demgegenüber ist, wenn die Düsennadel 14 den Nadelsitzteil 16 verlässt, der Nadelaufbewahrungsteil 12 mit der Außenseite verbunden. Der Hochdruckkraftstoff, der dem Hochdruckkraftstoffdurchgang 8 zugeführt ist, wird dem Nadelaufbewahrungsteil 12 zugeführt.
Die hintere Seite der Düsennadel 14 (die entgegengesetzte Seite zu einer Seite, die dem Nadelsitzteil 16 gegenüberliegt) liegt einer Gegendruckkammer 20 gegenüber. Der Kraftstoff von dem Hochdruckkraftstoffdurchgang 8 wird der Gegendruckkammer 2 über eine Öffnung 22 zugeführt. Die Gegendruckkammer 20 ist mit einer Nadelfeder 24 versehen, die die Düsennadel 14 zu dem Nadelsitzteil 16 drückt.
Die Gegendruckkammer 20 kann mit dem Niedrigdruckkraftstoffdurchgang 9 über eine Kugel 26 verbunden sein. Wenn die Kugel 26 auf einem ringartigen Ventilsitzteil 30 bei der Seite der zugehörigen Rückseite gesetzt ist, sind der Niedrigdruckkraftstoffdurchgang 9 und die Gegendruckkammer 20 voneinander getrennt. Wenn sich die Kugel 26 hin zu dem Vorderteilende des Körpers 10 verschiebt, ist der Niedrigdruckkraftstoffdurchgang 9 mit der Gegendruckkammer 20 verbunden.
Die Kugel 26 ist mit einem Kolben mit kleinem Durchmesser 34 auf der Seite des Ventilsitzteils 30 über einen Druckstift 32 gekoppelt. Die Rückseite des Kolbens mit kleinem Durchmesser 34 liegt dem Ende eines Kolbens mit großem Durchmesser 36 gegenüber, der bezüglich des Durchmessers größer ist als der Kolben mit kleinem Durchmesser 34. Eine Verschiebungsübertragungskammer 38 ist ausgebildet, indem sie durch den Kolben mit kleinem Durchmesser 34, den Kolben mit großem Durchmesser 36 und der Innenumfangsoberfläche des Körpers 10 partitioniert wird. Die Verschiebungsübertragungskammer 38 ist mit einer geeigneten Flüssigkeit, wie beispielsweise Kraftstoff, gefüllt.
Demgegenüber ist der Kolben mit großem Durchmesser 36 mit einem piezoelektrischen Element PE bei der hinteren Seite des Körpers 10 gekoppelt. Das piezoelektrische Element PE ist bei dem Körper 10 bei der Rückseite zu einer Seite befestigt, die dem Kolben mit großem Durchmesser 36 gegenüberliegt.
Das piezoelektrische Element PE umfasst ein geschichtetes Element (einen Piezostapel) mit mehreren gestapelten piezoelektrischen Elementen, die sich auf Grund inverser piezoelektrischer Effekte ausdehnen und zusammenziehen, um dem piezoelektrischen Element PE eine Funktion als eine Betätigungseinrichtung bzw. als ein Aktor zu verleihen. Genauer gesagt ist das piezoelektrische Element PE eine kapazitive Last, die sich ausdehnt, wenn sie geladen wird, und die sich zusammenzieht, wenn sie entladen wird. Das piezoelektrische Element PE gemäß diesem Ausführungsbeispiel verwendet ein piezoelektrisches Element aus einem piezoelektrischen Material, wie beispielsweise PZT.
Wenn dem piezoelektrischen Element PE kein Strom zugeführt wird und es sich in einem zusammengezogenen Zustand befindet, sind, da eine Kraft durch den Hochdruckkraftstoff des Hochdruckkraftstoffdurchgangs 8 ausgeübt wird, die Kugel 26 und der Kolben mit dem kleinen Durchmesser 34 in die hintere Richtung (nach oben in 2) vorgespannt und zu der hinteren Seite des Körpers 10 positioniert. In diesem Fall sind die Gegendruckkammer 20 und der Niedrigdruckkraftstoffdurchgang 9 durch die Kugel 26 voneinander getrennt. Dementsprechend wird die Düsennadel 14 durch den Kraftstoffdruck (den Druck des Kraftstoffs in dem Common-Rail 6) in der Gegendruckkammer 20 und die Nadelfeder 24 zu dem Vorderteilende des Körpers 10 gedrückt und auf den Nadelsitzteil 16 gesetzt (Ventilschließzustand).
Demgegenüber bewegt sich, wenn dem piezoelektrischen Element PE ein Strom zugeführt wird und es sich dementsprechend ausdehnt, die Kugel 26 hin zu dem Vorderteilende des Körpers 10. Hierdurch wird die Gegendruckkammer 20 mit dem Niedrigdruckkraftstoffdurchgang 9 verbunden. Als Ergebnis nimmt der Druck des Kraftstoffs in der Gegendruckkammer 20 ab. Wenn die Kraft, durch die der Hochdruckkraftstoff in dem Nadelaufbewahrungsteil 12 die Düsennadel 14 zu der hinteren Seite des Körpers 10 drückt, um einen vorbestimmten Betrag größer wird als die Kraft, durch die der Kraftstoff in der Gegendruckkammer 20 und die Nadelfeder 24 die Düsennadel 14 zu dem Vorderteilende des Körpers 10 drückt, verlässt die Düsennadel 14 den Nadelsitzteil 16 (Ventilöffnungszustand für eine Kraftstoffeinspritzung von der Einspritzvorrichtung PI).
Das in 1 gezeigte Kraftmaschinensystem umfasst Sensoren zur Erfassung der Betriebszustände der Dieselkraftmaschine, wie beispielsweise einen Drucksensor 40 zur Erfassung des Drucks eines Kraftstoffs in dem Common-Rail 6, einen Kurbelwellenwinkelsensor 42 zur Erfassung des Winkels einer Kurbelwelle der Kraftmaschine, einen Kühlmitteltemperatursensor 44 zur Erfassung der Temperatur eines Kühlmittels und einen Batteriespannungssensor 46 zur Erfassung der Spannung einer Batterie. Das Kraftmaschinensystem umfasst einen Sensor zur Erfassung der Betriebszustände eines Fahrzeugs, in dem das System eingebaut ist, wie beispielsweise einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 48 zur Erfassung der Fahrgeschwindigkeiten des Fahrzeugs.
Die Erfassungsergebnisse dieser verschiedenen Sensoren werden bei einer elektronischen Steuerungseinheit 50, die als ein Ansteuerungsgerät für die Piezo-Einspritzvorrichtung bereitgestellt ist, verwendet. Entsprechend den Erfassungswerten betätigt oder steuert die Steuerungseinheit 50 verschiedene Betätigungseinrichtungen der Dieselkraftmaschine, wie beispielsweise die Piezo-Einspritzvorrichtungen PI. Die Steuerungseinheit 50 kann so aufgebaut sein, wie es in 3 gezeigt ist, wobei sie das piezoelektrische Element PE, das in der Piezo-Einspritzvorrichtung PI bereitgestellt ist, in der nachstehend beschriebenen Art und Weise lädt und entlädt.
Die Steuerungseinheit 50 umfasst eine Ansteuerungsschaltung 52, eine Ladeschalterbetriebsschaltung 80, eine Entladeschalterbetriebsschaltung 90 und einen Mikrocomputer 100.
Eine Leistung, die von einer Batterie B zugeführt wird, wird über einen Filter 54 einem Gleichstromwandler 56 zugeführt, der eine Booster-Schaltung beziehungsweise Verstärkerschaltung oder eine Hochsetzschaltung beziehungsweise Spannungserhöhungsschaltung (Step-up-Schaltung) ist. Der Gleichstromwandler 56 verstärkt bzw. erhöht die Spannung der Batterie B (beispielsweise 12 V) auf eine höhere Spannung (beispielsweise 200 bis 300 V) für ein Laden des piezoelektrischen Elements PE.
Die Spannung, die durch den Gleichstromwandler 56 erhöht wird, wird an einen Kondensator 58 angelegt. Der Kondensator 58 weist einen Anschluss, der mit dem Gleichstromwandler 56 verbunden ist, und einen anderen Anschluss auf, der über einen Widerstand mit Masse verbunden ist beziehungsweise geerdet ist. Wenn die Spannung, die durch den Gleichstromwandler 56 erhöht ist, and den Kondensator 58 angelegt wird, speichert der Kondensator 58 die Ladungen, die dem piezoelektrischen Element PE zuzuführen sind. Es ist wünschenswert, dass der Kondensator 58 eine derartige Kapazität (beispielsweise mehrere hundert µF) aufweist, um eine geringe Änderung in einer zugehörigen Spannung als Ergebnis eines Ladebetriebs für das piezoelektrische Element PE zu verursachen.
Ein Hochpotentialanschluss des Kondensators 58, das heißt die Seite des Gleichstromwandlers 56, ist mit einem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Elements PE über eine Reihenschaltung zwischen einem Ladeschalter 60 und einer Lade-/Entladespule 62 verbunden. Ein Niedrigpotentialanschluss des piezoelektrischen Elements PE ist mit Masse verbunden beziehungsweise geerdet.
Ein Anschluss des Entladeschalters 64 ist zwischen dem Ladeschalter 60 und der Lade-/Entladespule 62 angeschlossen. Der andere Anschluss des Entladeschalters 64 ist mit Masse verbunden beziehungsweise geerdet.
Eine Diode 66 ist parallel zu dem Entladeschalter 64 geschaltet. Die Diode 66 weist eine Kathode, die zwischen dem Kondensator 58 und der Lade-/Entladespule 62 angeschlossen ist, und eine Annode auf, die mit der Masseseite verbunden ist. Die Diode 66 bildet eine Chopper-Schaltung oder Stromstellerschaltung bzw. Unterbrecherschaltung oder Pulsformerschaltung zum Entladen des piezoelektrischen Elements PE in Verbindung mit dem Kondensator 58, der Lade-/Entladespule 62 und dem Entladeschalter 64 und fungiert als eine Freilaufdiode.
Eine Spannungserfassungsschaltung 70 ist zwischen der Lade-/Entladespule 62 und dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Elements PE angeschlossen. Die Spannungserfassungsschaltung 70 wird zur Erfassung des Potentials des Hochpotentialanschlusses des piezoelektrischen Elements PE verwendet. Genauer gesagt umfasst die Spannungserfassungsschaltung 70 eine Reihenschaltung von Widerständen 72 und 74 sowie einen Kondensator 76, der parallel zu dem Widerstand 74 angeschlossen ist. Eine Spannungsschwankung des piezoelektrischen Elements PE wird in der Spannungserfassungsschaltung 70 geglättet und wird als ein Potential zwischen den Widerständen 72 und 74 ausgegeben.
Eine Diode 78, die zwischen der Lade-/Entladespule 62 und der Spannungserfassungsschaltung 70 angeschlossen ist, verhindert, dass eine Spannung des piezoelektrischen Elements PE negativ wird.
Die Ladeschalterbetriebsschaltung 80 empfängt ein Spannungssignal, das von der Spannungserfassungsschaltung 70 an eine Spannungsänderungsgeschwindigkeitsberechnungsschaltung 81 ausgegeben wird, und wandelt es in ein Signal (ein Spannungssignal) um, das einer Spannungsänderungsrate entspricht. Das umgewandelte Signal wird an einen negativen Eingangsanschluss einer Vergleichseinrichtung beziehungsweise eines Komparators 82 angelegt. Eine Referenzspannung, die durch eine Referenzspannungserzeugungsschaltung 83 ausgegeben wird, wird an einen positiven Eingangsanschluss der Vergleichseinrichtung 82 angelegt. Die Vergleichseinrichtung 82, ein Widerstand 84, der zwischen einem zugehörigen Ausgangsanschluss und dem positiven Eingangsanschluss angeschlossen ist, und ein Widerstand 85, der zwischen dem zugehörigen positiven Eingangsanschluss und der Referenzspannungserzeugungsschaltung 83 angeschlossen ist, bilden eine Hysterese-Vergleichseinrichtung. Dementsprechend kehrt sich das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 82 zu einem niedrigen logischen Pegel L um, wenn ein Spannungswert eines Ausgangsignals der Geschwindigkeitsberechnungsschaltung 81 von weniger als der „Referenzspannung + ΔV (ΔV: vorbestimmter Wert)“ zu „Referenzspannung + ΔV“ ansteigt, und kehrt sich dann zu einem hohen logischen Pegel H um, wenn es auf „Referenzspannung - ΔV“ oder weniger abfällt.
Das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 82 wird einem Anschluss einer UND-Schaltung 86 zugeführt. Einem anderen Anschluss der UND-Schaltung 86 wird ein Ausgangssignal einer Einzelschrittschaltung (One-Shot-Schaltung) beziehungsweise einer monostabilen Kippschaltung 87, die ein Signal eines hohen logischen Pegels H für eine vorbestimmte Zeitdauer ausgibt, nachdem ein Ansteuerungssignal, das von außen zugeführt wird, ein hoher logischer Pegel wird, eingegeben. Demgegenüber wird ein Ausgangssignal der UND-Schaltung 86 dem Ladeschalter 60 zugeführt, nachdem eine zugehörige Leistung durch einen Treiber beziehungsweise eine Ansteuerungseinrichtung 88 umgewandelt ist.
Die Entladeschalterbetriebsschaltung 90 weist die gleiche Schaltung 91 wie die Ladeschalterbetriebsschaltung 80 auf. Des Weiteren umfasst die Entladeschalterbetriebsschaltung 90 einen Umkehrverstärker 92, der die positive/negative Polarität eines Ausgangssignals der Spannungserfassungsschaltung 70 umkehrt und das umgekehrte Signal an die gleiche Schaltung wie die Geschwindigkeitsberechnungsschaltung 81 ausgibt. Des Weiteren umfasst die Entladeschalterbetriebsschaltung 90 einen Invertierer beziehungsweise Umkehrer 93, der das Ansteuerungssignal auffängt und das Signal logisch umgekehrt an die gleiche Schaltung wie die Einzelschrittschaltung (One-Shot-Schaltung) beziehungsweise monostabile Kippschaltung 87 ausgibt.
Demgegenüber gibt der Mikrocomputer 100 das Ansteuerungssignal und ein Befehlssignal zur Einstellung einer Referenzspannung der Referenzspannungserzeugungsschaltung 83 auf der Grundlage von Erfassungswerten und verschiedenen Sensoren zur Erfassung der Betriebszustände der Dieselkraftmaschine und der Betriebszustände des Fahrzeugs aus.
In 4 ist eine Betriebsart für eine Ladeverarbeitung und eine Entladeverarbeitung gezeigt. In 4 zeigt (a) den Übergang des Ansteuerungssignals, das von dem Mikrocomputer 100 ausgegeben wird und eine Einspritzzeitdauer anzeigt. (b) zeigt den Übergang des Ausgangssignals der Einzelschrittschaltung (One-Shot-Schaltung) beziehungsweise monostabilen Kippschaltung 87 an. (c) zeigt den Übergang des Ausgangssignals einer Einzelschrittschaltung (One-Shot-Schaltung) beziehungsweise monostabilen Kippschaltung in der Entladeschalterbetriebsschaltung 90 an. (d) zeigt den Übergang eines Betriebssignals des Ladeschalters 60. (e) zeigt den Übergang eines Betriebssignals des Entladeschalters 64. (f) zeigt einen Strom (Betriebsstrom) I, der durch das piezoelektrische Element PE fließt, (g) zeigt den Übergang von Spannungen (Betriebsspannungen) V eines Hochpotentialanschlusses des piezoelektrischen Elements PE. (h) zeigt den Übergang der Absolutwerte von Änderungsraten der Betriebsspannung V.
Wie es in 4 gezeigt ist, wird, wenn das Ansteuerungssignal, das von dem Mikrocomputer 100 ausgegeben wird, der Ladeschalterbetriebsschaltung 80 bei einer Zeit t1 zugeführt wird, eine Chopper-Steuerung gestartet, indem der Ladeschalter 60 durch die Ladeschalterbetriebsschaltung 80 ein- oder ausgeschaltet wird. Das heißt, mit dem Ansteuerungssignal, das zugeführt wird, wird ein Signal eines hohen logischen Pegels für eine vorbestimmte Zeitdauer von der Einzelschrittschaltung (One-Shot-Schaltung) beziehungsweise monostabilen Kippschaltung 87 ausgegeben. Da bei diesem Zeitpunkt die Referenzspannung Vref höher als der Spannungswert eines Signals ist, das durch die Geschwindigkeitsberechnungsschaltung 81 ausgegeben wird, wird ein Signal eines hohen logischen Pegels von der Vergleichseinrichtung 82 ausgegeben. Folglich erzeugt die UND-Schaltung 86 einen hohen logischen Pegel und der Ladeschalter 60 wird eingeschaltet. Wenn der Ladeschalter 60 eingeschaltet ist, wird ein geschlossener Schaltkreis, der den Kondensator 58, den Ladeschalter 60, die Lade-/Entladespule 62 und das piezoelektrische Element PE umfasst, gebildet. Hierdurch wird die elektrische Ladung des Kondensators 58 entladen, um das piezoelektrische Element PE zu laden. Zu diesem Zeitpunkt nimmt die Größe eines Stroms (Betriebsstroms) I, der durch das piezoelektrische Element PE fließt, zu und die Spannung (Betriebsspannung) V des Hochpotentialanschlusses des piezoelektrischen Elements PE steigt an.
Wenn die Anstiegsgeschwindigkeit der Betriebsspannung V jedoch um den vorbestimmten Wert ΔV höher als die Referenzspannung Vref bei einer Zeit t2 wird, kehrt sich die Ausgabe der Vergleichseinrichtung 82 um. Somit kehrt sich ebenso das Ausgangssignal der UND-Schaltung 86 zu einem niedrigen logischen Pegel um und der Ladeschalter 60 wird ausgeschaltet. Wenn der Ladeschalter ausgeschaltet ist, wird ein geschlossener Schaltkreis, der die Lade-/Entladespule 62, das piezoelektrische Element PE und die Diode 66 umfasst, gebildet. Hierdurch wird die Schwungradenergie (flywheel energy) beziehungsweise gespeicherte Energie der Lade-/Entladespule 62 in das piezoelektrische Element PE geladen. Zu diesem Zeitpunkt nimmt der Betriebsstrom ab. Wenn die Anstiegsgeschwindigkeit der Betriebsspannung um den vorbestimmten Wert ΔV niedriger als die Referenzspannung Vref bei einer Zeit t3 wird, wird der Ladeschalter 60 wieder eingeschaltet.
Da bei der vorstehend beschriebenen Betriebsart eine Step-down-Chopper-Steuerung beziehungsweise Heruntersetz-Chopper-Steuerung, bei der der Ladeschalter 60 betätigt wird, über Zeiten t1 bis t3, während deren das Ausgangssignal der Einzelschrittschaltung (One-Shot-Schaltung) beziehungsweise monostabilen Kippschaltung 87 bei einem hohen logischen Pegel ist, ausgeführt wird, wird das piezoelektrische Element PE geladen und das Potential des Hochpotentialanschlusses des piezoelektrischen Elements PE steigt an.
Demgegenüber wird, wenn sich das Ansteuerungssignal bei einer Zeit t5 umkehrt, eine Chopper-Steuerung gestartet, indem der Entladeschalter 64 durch die Entladeschalterbetriebsschaltung 90 ein- oder ausgeschaltet wird. Das heißt, wenn das Ansteuerungssignal zugeführt wird, wird ein Signal eines hohen logischen Pegels für eine vorbestimmte Zeitdauer von der Einzelschrittschaltung (One-Shot-Schaltung) beziehungsweise monostabilen Kippschaltung innerhalb der Schaltung 91 ausgegeben, wodurch eine Chopper-Steuerung über die vorbestimmte Zeitdauer ausgeführt wird. Genauer gesagt wird, wenn der Entladeschalter 64 eingeschaltet ist, ein geschlossener Schaltkreis durch den Entladeschalter 64, die Lade-/Entladespule 62 und das piezoelektrische Element PE gebildet. Hierdurch wird das piezoelektrische Element PE entladen. Zu diesem Zeitpunkt nimmt die Größe eines Stroms, der durch das piezoelektrische Element PE fließt, ab. Des Weiteren wird, wenn der Entladeschalter eingeschaltet wird und dann ausgeschaltet wird, ein geschlossener Schaltkreis durch den Kondensator 58, die Diode 68, die Lade-/Entladespule 62 und das piezoelektrische Element PE gebildet. Hierdurch wird eine Schwungradenergie beziehungsweise gespeicherte Energie der Lade-/Entladespule 62 bei dem Kondensator 58 wiederhergestellt. Zu diesem Zeitpunkt nimmt die Größe eines Stroms, der durch das piezoelektrische Element PE fließt, zu.
Da eine Step-up-Chopper-Steuerung beziehungsweise Hochsetz-Chopper-Steuerung, bei der der Entladeschalter 64 betätigt wird, in der vorstehend beschriebenen Betriebsart ausgeführt wird, wird das piezoelektrische Element PE entladen und das Potential des Hochpotentialanschlusses des piezoelektrischen Elements PE nimmt ab. Indem das piezoelektrische Element PE so geladen oder entladen wird, kann die Betriebsspannung V des piezoelektrischen Elements PE geregelt werden. Die Betriebsspannung V gibt eine elektrische Zustandgröße an, die eine Wechselbeziehung mit der Ausdehnungs- und Zusammenziehgröße des piezoelektrischen Elements PE aufweist. Durch Betätigen beziehungsweise Steuern der Spannung des piezoelektrischen Elements PE kann das Ausdehnen und Zusammenziehen des piezoelektrischen Elements PE gesteuert werden. Wenn der Absolutwert der Änderungsrate von Betriebsspannungen bei einer Ladestartzeit und einer Entladestartzeit außerordentlich groß ist, kann der Lärm der Piezo-Einspritzvorrichtung PI groß werden, da eine große Kraft auf den Körper 10 der Piezo-Einspritzvorrichtung PI übertragen wird, wenn das piezoelektrische Element PE beginnt sich zu bewegen.
Wenn der Absolutwert der Änderungsrate von Betriebsspannungen bei einer Ladeendzeit außerordentlich groß ist, wird die Schwingung des piezoelektrischen Elements PE groß. Wenn die Schwingung des piezoelektrischen Elements PE groß ist, wird die Energiemenge groß, die aufgrund von Faktoren verschwendet wird, die sich von einer Energie zur Ansteuerung des piezoelektrischen Elements PE unterscheiden. Dies ist deshalb der Fall, da eine Ersatzschaltung des piezoelektrischen Elements PE, wie sie in 5 gezeigt ist, durch eine mechanische Komponente, die als eine LCR-Reihenschaltung dargestellt wird, und eine elektrische Komponente, die durch einen Kondensator, der parallel zu einer LCR-Reihenschaltung geschaltet ist, und einen Reihenersatzwiderstand, der in Reihe mit der Parallelschaltung geschaltet ist, dargestellt wird, gebildet ist. Folglich nimmt, wenn das piezoelektrische Element PE schwingt, die Strommenge, die durch den Reihenersatzwiderstand verbraucht wird, zu, wobei eine Energiemenge, die verschwendet wird, ohne einen Beitrag zu der Ansteuerung des piezoelektrischen Elements PE zu leisten, zunimmt. Eine Zunahme auf einen derartigen Energieverlust verringert eine Steuerungsgenauigkeit eines Ausdehnens und Zusammenziehens des piezoelektrischen Elements PE.
Des Weiteren wird, wenn der Absolutwert der Änderungsrate von Betriebsspannungen bei einer Entladeendzeit groß ist, die Kugel 26, die in 2 gezeigt ist, auf den Ventilsitzteil 30 mit einer zunehmenden Geschwindigkeit gesetzt, das Geräusch zu der Zeit des Setzens kann zunehmen und die Kugel kann abprallen, nachdem sie auf den Ventilsitz 30 gesetzt ist, wobei das Ventil der Düsennadel 14 sich wieder öffnen kann. Zusätzlich kann, wenn der Absolutwert der Änderungsrate von Betriebsspannungen bei einer Entladeendzeit groß ist, ein Energieverlust aufgrund einer Vergrößerung der Schwingung des piezoelektrischen Elements PE die Energiemenge verringern, die bei dem Kondensator 58 wiederhergestellt wird.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der Absolutwert der Änderungsrate von Betriebsspannungen vergrößert, nachdem das Laden oder Entladen des piezoelektrischen Elements PE gestartet ist, wobei der Absolutwert der Änderungsrate von Betriebsspannungen verkleinert wird, wenn das Laden oder Entladen beendet wird.
In den 6A und 6B sind Beispiele eines Einstellens von Betriebsspannungen gemäß diesem Ausführungsbeispiel gezeigt. In 6A sind der Übergang einer Betriebsspannung während eines Ladens und der Übergang der Absolutwerte von Änderungsraten von Betriebsspannungen während eines Ladens gezeigt. In 6B sind der Übergang einer Betriebsspannung während eines Entladens sowie der Übergang der Absolutwerte von Änderungsraten von Betriebsspannungen während eines Entladens gezeigt. Wie es in den 6A und 6B gezeigt ist, liegen die Profile von Betriebsspannungen, die mit durchgezogenen Linien gezeigt sind, in der Form des Buchstaben S während eines Ladens und in der Form eines Spiegelbilds des Buchstabens S während eines Entladens vor. Dies kann erreicht werden, indem die Absolutwerte von Änderungsraten der Betriebsspannungen bei einer Startzeit und einer Endzeit verringert werden, wobei sie in einer Zeitdauer dazwischen vergrößert werden. Der Fall, bei dem die vorstehend beschriebenen Absolutwerte konstant sind, ist durch eine abwechselnd lang- und doppelkurz gestrichelte Linie gezeigt.
In den 7A und 7B sind andere Beispiele einer Betriebsart zum Einstellen von Betriebsspannungen gemäß diesem Ausführungsbeispiel gezeigt. Die 7A und 7B zeigen beide den Übergang der Absolutwerte von Änderungsraten von Betriebsspannungen. In jedem dieser Fälle werden die Absolutwerte von Änderungsraten bei einer Startzeit und bei einer Endzeit klein eingestellt und in einer Zeitdauer dazwischen groß eingestellt. Genauer gesagt ist in 7A ein Beispiel gezeigt, bei dem die Absolutwerte von Änderungsraten von Betriebsspannungen in Stufen (gemäß diesem Beispiel zwei Stufen) wie in den 6A und 6B zunehmen und dann in Stufen (gemäß diesem Beispiel zwei Stufen) abnehmen. In 7B ist ein Beispiel gezeigt, bei dem die Absolutwerte von Änderungsraten von Betriebsspannungen kontinuierlich vergrößert werden und dann kontinuierlich verkleinert werden.
Ein Ändern der Absolutwerte in der Zeitdauer eines Ladens oder in der Zeitdauer eines Entladens kann ausgeführt werden, indem die Referenzspannungen in der Ladeschalterbetriebsschaltung 80 oder der Entladeschalterbetriebsschaltung 90, wie sie in 3 gezeigt ist, geändert werden.
Eine Verarbeitung zum Erhalten von Operationen in den Betriebsarten, die in den 6A, 6B und den 7A sowie 7B gezeigt sind, kann durch den Mikrocomputer 100 ausgeführt werden, wie es in 8 gezeigt ist.
Bei dieser Verarbeitung wird in einem Schritt S10 ein Betriebsspannungsmuster auf der Grundlage der Spannung der Batterie B, die durch den Batteriespannungssensor 46 erfasst wird, der Fahrzeuggeschwindigkeit, die durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 48 erfasst wird, der Drehgeschwindigkeit, die durch den Kurbelwellenwinkelsensor 42 erfasst wird, und der Temperatur eines Kühlmittels, die durch den Kühlmitteltemperatursensor 44 erfasst wird, ausgewählt. Das Auswählen eines Musters von Betriebsspannungen bezeichnet, dass eines aus einer Vielzahl von Mustern, die in den 6A, 6B, 7A, 7B als die Muster der Absolutwerte von Änderungsraten von Betriebsspannungen während eines Ladens veranschaulicht sind, ausgewählt wird.
Ein optimales Muster als das vorstehend genannte Muster ist in Abhängigkeit von den Betriebszuständen der Kraftmaschine und den Betriebszuständen des Fahrzeugs änderbar. Beispielsweise gibt es während einer Leerlaufdrehzahlsteuerung bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit Null keinen lästigen Lärm in dem Fahrzeug, wobei ein Geräusch, das durch die Piezo-Einspritzvorrichtung PI erzeugt wird, dazu neigt, durch einen Benutzer als Lärm wahrgenommen zu werden. Dementsprechend ist es wünschenswert, dass das Geräusch, das durch die Piezo-Einspritzvorrichtung P1 erzeugt wird, gesteuert wird. Wenn die Temperatur der Piezo-Einspritzvorrichtung PI niedrig ist, wird die Reibung zwischen dem Körper 10 und verschiedenen Elementen (der Düsennadel 14, dem Kolben mit kleinem Durchmesser 34 und dem Kolben mit großem Durchmesser 36 und dergleichen), die sich in dem Körper 10 bewegen, groß. Folglich muss diese Tatsache berücksichtigt werden, um das vorstehend genannte Muster zu bestimmen. Wenn die Temperatur eines Kraftstoffs, der der Piezo-Einspritzvorrichtung PI zugeführt wird, niedrig ist, nimmt die Viskosität des Kraftstoffes zu. Folglich muss diese Tatsache bei einer Bestimmung des vorstehend genannten Musters berücksichtigt werden. Des Weiteren ist es, wenn die Spannung der Batterie B bei einem Kraftmaschinenkaltstart niedrig ist, da das piezoelektrische Element PE nicht wie gewünscht geladen werden kann, in einigen Fällen wünschenswert, den Betrieb zum Vergrößern der Ladegröße für das piezoelektrische Element PE bevorrechtigt auszuführen.
Von einem derartigen Standpunkt aus wird ein Muster auf der Grundlage der vorstehend genannten Parameter ausgewählt. Hierbei sind eine Fahrzeuggeschwindigkeit und eine Drehgeschwindigkeit Beispiele von Parametern zur Bestimmung, ob eine vorgegebene Situation die Situation ist, bei der der Lärm der Piezo-Einspritzvorrichtung PI durch einen Benutzer leicht wahrgenommen wird, und eine Kühlmitteltemperatur ist ein Beispiel eines Parameters, der eine Wechselbeziehung mit der Temperatur der Piezo-Einspritzvorrichtung PI und der Temperatur eines Kraftstoffs aufweist.
In einem Schritt S12 wird die Größe einer erforderlichen Betriebsspannung auf der Grundlage des Drucks eines Kraftstoffs in dem Common-Rail 6, der durch den Kraftstoffdrucksensor 40 erfasst wird, berechnet. Der Kraftstoffdruck ist ein Faktor zur Änderung einer Energie, die zum Öffnen des Ventils der Piezo-Einspritzvorrichtung PI erforderlich ist. Dies ist deshalb der Fall, da zum Öffnen des Ventils der Piezo-Einspritzvorrichtung PI, das heißt zum Verschieben der Düsennadel 14, die in 2 gezeigt ist, zu der hinteren Seite des Körpers 10 eine Kraft durch das piezoelektrische Element PE erzeugt werden muss, um eine Kraft zu überwinden, mit der der Kraftstoff in dem Hochdruckkraftstoffdurchgang 8 die Kugel 26 auf den Ventilsitzteil 30 drückt. Folglich wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Größe von Betriebsspannungen eingestellt, um entsprechend einem Kraftstoffdruck änderbar zu sein.
In einem Schritt S14 wird ein endgültiges Betriebsspannungsmuster aus dem Muster, das durch den Schritt S10 ausgewählt wird, und der Größe, die in Schritt S12 berechnet wird, eingestellt. Dies wird ausgeführt, indem das Betriebsspannungsmuster mit einem Korrekturfaktor multipliziert wird, wie es durch die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie in den 6A und 6B gezeigt ist. Genauer gesagt wird durch ein Multiplizieren des Absolutwerts einer Änderungsrate von Betriebsspannungen in jeder der Zeitdauern T1 bis T3, die in der 6A gezeigt sind, mit einem gleichen Korrekturfaktor der Absolutwert einer Änderungsrate einer Betriebsspannung bei jeder Zeit mit der gleichen Vergrößerung vergrößert (oder entsprechend verringert). Ebenso wird durch ein Multiplizieren des Absolutwerts einer Änderungsrate von Betriebsspannungen bei jeder Zeitdauer T4 bis T6, die in 6B gezeigt sind, mit einem gleichen Korrekturfaktor der Absolutwert einer Änderungsrate einer Betriebsspannung bei jeder Zeit mit der gleichen Vergrößerung vergrößert (oder entsprechend verkleinert). Gleichsam wird für die Muster der Absolutwerte von Änderungsraten von Betriebsspannungen, die in den 7A und 7B gezeigt sind, ein Wert bei jeder Zeit mit einem gleichen Korrekturfaktor multipliziert.
In einem Schritt S16 wird zur Anpassung des endgültigen Betriebsspannungsmusters ein Befehlssignal zur Einstellung einer Referenzspannung, die durch die Referenzspannungserzeugungsschaltung 83 der Ladeschalterbetriebsschaltung 80, die in 3 gezeigt ist, ausgegeben wird, und der Referenzspannung der Entladeschalterbetriebsschaltung 90 ausgegeben. Hierdurch wird eine Regelung durch die Ladeschalterbetriebsschaltung 80 und die Entladeschalterbetriebsschaltung 90 ausgeführt, so dass der Absolutwert einer Änderungsrate von Betriebsspannungen des piezoelektrischen Elements PE gleich demjenigen gemacht wird, der in dem Schritt S14 eingestellt wird.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel können die nachstehend genannten Vorteile bereitgestellt werden.
(1) Bei einem Laden oder Entladen des piezoelektrischen Elements PE werden Betriebsspannungen so eingestellt, dass der Absolutwert einer Änderungsrate der Betriebsspannungen vergrößert wird, nachdem das Laden oder Entladen des piezoelektrischen Elements PE gestartet ist, und der Absolutwert einer Änderungsrate der Betriebsspannungen verkleinert wird, wenn das Laden oder Entladen beendet ist. Hierdurch können, obwohl eine hohe Ansprechempfindlichkeit aufrechterhalten wird, Schwierigkeiten, die bei dem Start und dem Ende eines Ladens oder Entladens des piezoelektrischen Elements PE auftreten, in geeigneter Weise überwunden werden.
(2) Auf der Grundlage der Betriebszustände einer Dieselkraftmaschine und der Betriebszustände eines Fahrzeugs, in dem die Kraftmaschine angebracht ist, wird ein Profil (ein Muster eines Betriebsspannungsmusters), das den Übergang von Betriebsspannungen in Bezug auf die Zeit darstellt, ausgewählt. Hierdurch können unter der Bedingung, einen Lärmpegel innerhalb eines zulässigen Bereichs zu begrenzen, eine hohe Ansprechempfindlichkeit und andere Erfordernisse in geeigneter Weise erfüllt werden.
(3) Wenn ein Kraftstoffdruck in dem Common-Rail 6 höher ist, wird ein Muster der Absolutwerte von Änderungsraten von Betriebsspannungen in der Größe größer gemacht. Hierdurch kann, wenn eine erforderliche Antriebskraft größer ist, eine größere Antriebskraft dem piezoelektrischen Element PE zugeführt werden, so dass eine Antriebskraft, die an einen Bedarf am besten angepasst ist, ermöglicht werden kann.
(4) Der Absolutwert einer Änderungsrate von Betriebsspannungen wird mit einem Korrekturfaktor entsprechend dem Kraftstoffdruck in dem Common-Rail 6 vergrößert oder verkleinert. Hierdurch kann, auch wenn eine erforderliche Energie unterschiedlich ist, ein Profil auf einfache Weise eingestellt werden.
(5) Betriebsspannungen werden durch die Spannungserfassungsschaltung 70 und dergleichen überwacht und eine Regelung wird ausgeführt, um ein Muster zu gestalten, in dem tatsächliche Betriebsspannungen eingestellt sind. Hierdurch kann erreicht werden, dass tatsächliche Betriebsspannungen dem Muster entsprechen.
(6) Die Schaltung 52 zur Ansteuerung des piezoelektrischen Elements PE umfasst Schaltvorrichtungen (den Ladeschalter 60 und den Entladeschalter 64) für eine Chopper-Steuerung, durch wiederholtes Ein- und Ausschalten dieser Elemente wird die Stromgröße, die durch das piezoelektrische Element PE fließt, wiederholt vergrößert und verkleinert, um das Ausdehnen und Zusammenziehen des piezoelektrischen Elements PE zu steuern. Hierdurch kann das piezoelektrische Element PE mit einem einfachen Aufbau geladen und entladen werden.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Die Kapazität des piezoelektrischen Elements PE neigt dazu, sich in Abhängigkeit von Temperaturen in großem Umfang zu ändern. Dementsprechend kann sich, auch wenn die gleiche Betriebsspannung angelegt wird, die Größe eines Ausdehnens oder Zusammenziehens (Verschiebungsgröße) des piezoelektrischen Elements PE in Abhängigkeit von den Temperaturen ändern. Wenn Spannungen, die an das piezoelektrische Element PE angelegt werden, betätigt bzw. gesteuert werden, um das Ausdehnen und Zusammenziehen des piezoelektrischen Elements PE zu steuern, ändern sich die Ausdehnrate und die Zusammenziehrate des piezoelektrischen Elements PE ebenso in Abhängigkeit von den Temperaturen. Dementsprechend bringt eine Steuerung des Ausdehnens und Zusammenziehens des piezoelektrischen Elements PE, die Spannungen verwendet, die an das piezoelektrische Element PE als Betriebsgrößen angelegt werden, Schwierigkeiten mit sich, die einer Änderung von Temperaturen des piezoelektrischen Elements PE zugeordnet sind.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird als eine Betriebsgröße zur Steuerung des Ausdehnens und des Zusammenziehens des piezoelektrischen Elements PE eine elektrische Energie, die in das piezoelektrische Element PE von außen fließt, verwendet. Die Beziehung zwischen der elektrischen Energie (Integralwert einer Spannung und eines Stroms des piezoelektrischen Elements PE) und einer Ausdehnungs- und Zusammenziehgröße des piezoelektrischen Elements PE hängt nicht so stark von einer Änderung der Temperaturen ab. Dementsprechend kann durch Verwenden der elektrischen Energie als eine Betriebsgröße eine Ausdehnungs- und Zusammenziehgröße sowie eine Ausdehnungs- und Zusammenziehrate des piezoelektrischen Elements PE genau gesteuert werden, ohne Temperaturkorrekturen auszuführen.
Aus diesem Grund ist eine Steuerungseinheit 50 aufgebaut, wie es in 9 gezeigt ist. Obwohl sie zu der Steuerungsschaltung 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (3) in vielerlei Hinsicht sehr ähnlich ist, ist die Steuerungsschaltung 50 gemäß 9 mit einer Spannungserfassungsschaltung 110 versehen, die eine Spannung eines Hochpotentialanschlusses des piezoelektrischen Elements PE erfasst. Die Spannungserfassungsschaltung 110 umfasst eine Reihenschaltung von Widerständen 112 und 114, wobei eine Spannung zwischen den Widerständen 112 und 114 an eine Leistungsüberwachungsschaltung 118 angelegt wird. Die Leistungsüberwachungsschaltung 118 überwacht eine Leistung (eine Änderungsrate einer elektrischen Energie des piezoelektrischen Elements PE), die in das piezoelektrische Element PE fließt und aus dem piezoelektrischen Element PE fließt, auf der Grundlage der vorstehend beschriebenen Spannung sowie eine Spannung (einen Spannungswert, der einem Strom entspricht, der durch das piezoelektrische Element PE fließt) zwischen dem piezoelektrischen Element PE und dem Widerstand 116 und erzeugt ein Leistungssignal (z.B. einen Spannungswert) entsprechend der Leistung bei einer Ladeschalterbetriebsschaltung 80 und einer Entladeschalterbetriebsschaltung 90.
Das Leistungssignal wird einem negativen Eingangsanschluss einer Vergleichseinrichtung 82 in der Ladeschalterbetriebschaltung 80 zugeführt. Eine Schaltung 91a in der Entladeschalterbetriebsschaltung 90 weist den gleichen Aufbau wie die Ladeschalterbetriebsschaltung 80 auf. Ein Signal, zu dem das Leistungssignal durch den Umkehrverstärker 92 umgekehrt wird, wird einem negativen Eingangsanschluss einer Vergleichseinrichtung in der Schaltung 91a zugeführt.
In den 10A und 10B sind Beispiele von elektrischen Energiemustern gemäß diesem Ausführungsbeispiel gezeigt. In 10A ist der Übergang einer elektrischen Energie E während eines Ladens gezeigt, wobei die durchgezogene Linie den Übergang der Absolutwerte von Änderungsraten dE/dt der elektrischen Energie E während des Ladens zeigt. In 10B ist der Übergang einer elektrischen Energie E während eines Entladens gezeigt, wobei die durchgezogene Linie den Übergang der Absolutwerte von Änderungsraten dE/dt der elektrischen Energie während des Entladens zeigt. Die Profile der elektrischen Energie E weisen die Form des Buchstabens S (durchgezogene Linie) während eines Ladens und die Form eines Spiegelbildes des Buchstabens S (durchgezogene Linie) während eines Entladens auf. Dies kann erreicht werden, indem die Absolutwerte von Änderungsraten einer elektrischen Energie bei einer Startzeit und einer Endzeit verringert werden, wobei sie in einer Zeitdauer dazwischen vergrößert werden. Der Fall, bei dem die vorstehend genannten Absolutwerte konstant sind, ist durch eine abwechselnd lang- und doppelkurz punktierten Linie gezeigt.
In den 11A und 11B sind weitere Beispiele einer Betriebsart zum Einstellen einer elektrischen Energie gemäß diesem Ausführungsbeispiel gezeigt. Die 11A und 11B zeigen beide den Übergang der Absolutwerte von Änderungsraten dE/dt einer elektrischen Energie. In jedem dieser Fälle werden die Absolutwerte von Änderungsraten einer elektrischen Energie bei einer Startzeit und bei einer Endzeit klein eingestellt und bei einer Zeitdauer dazwischen groß eingestellt. Genauer gesagt ist in 11A ein Beispiel gezeigt, dass die Absolutwerte von Änderungsraten einer elektrischen Energie in Stufen (gemäß diesem Beispiel zwei Stufen) vergrößert werden und dann in Stufen (gemäß diesem Beispiel zwei Stufen) verkleinert werden. In 11B ist ein Beispiel gezeigt, dass die Absolutwerte von Änderungsraten einer elektrischen Energie kontinuierlich vergrößert werden und dann kontinuierlich verkleinert werden.
Eine Verarbeitung zum Erreichen des vorstehend beschriebenen Betriebs kann durch den Mikrocomputer 11 in der Art, die in 12 gezeigt ist, ausgeführt werden.
Bei dieser Verarbeitungsabfolge wird in einem Schritt S20 ein elektrisches Energiemuster auf der Grundlage der Spannung der Batterie B, einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Drehgeschwindigkeit und der Temperatur eines Kühlmittels ausgewählt. Die Auswahl eines Musters einer elektrischen Energie bedeutet, dass eines aus der Vielzahl von Mustern ausgewählt wird, die in den 10A, 10B, 11A und 11B als der Übergang der Absolutwerte von Änderungsraten dE/dt der elektrischen Energie E veranschaulicht sind. Der Grund der musterbasierenden Auswahl ist der gleiche wie der bei dem Schritt S10 gemäß 8.
In einem Schritt S22 wird eine erforderliche Energie auf der Grundlage des Kraftstoffdrucks in dem Common-Rail 6, der durch den Kraftstoffdrucksensor 40 erfasst wird, berechnet. In einem Schritt S24 wird ein endgültiges Muster einer elektrischen Energie derart eingestellt, dass das Muster, das in Schritt S20 ausgewählt wird, der in Schritt S22 berechneten Energie entspricht. Das Einstellen des endgültigen Musters wird ausgeführt, indem der Absolutwert wie in dem Schritt S14 gemäß 8 einer Änderungsrate bei jeder Zeit um den gleichen Größenfaktor vergrößert oder verkleinert wird, wie es durch die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie in den 10A und 10B gezeigt ist.
In einem Schritt S26 wird, um dem endgültigen elektrischen Energiemuster zu entsprechen, ein Befehlssignal zur Einstellung einer Referenzspannung, die durch die Referenzspannungserzeugungsschaltung 83 der Ladeschalterbetriebsschaltung 80, die in 9 gezeigt ist, ausgegeben wird, und einer Referenzspannung der Entladeschalterbetriebsschaltung 90 ausgegeben. Hierdurch wird eine Regelung durch die Ladeschalterbetriebsschaltung 80 und die Entladeschalterbetriebsschaltung 90 so ausgeführt, dass eine Änderungsrate einer elektrischen Energie des piezoelektrischen Elements PE gleich zu der ist, die in Schritt S24 eingestellt wird.
In diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird eine elektrische Energie als eine Betriebsgröße zur Steuerung des Ausdehnung und des Zusammenziehens des piezoelektrischen Elements PE verwendet. Hierdurch kann eine Verschiebungsgröße des piezoelektrischen Elements PE unabhängig von einer Änderung in den Temperaturen genau gesteuert werden. Genauer gesagt wird, wenn ein endgültiges Muster einer elektrischen Energie gleich einem Muster ist, das durch die durchgezogene Linie in 10A gezeigt ist, eine Verschiebungsgröße des piezoelektrischen Elements PE entsprechend der Größe einer elektrischen Energie, die dem piezoelektrischen Element PE zugeführt wird, mit einer Fläche (schraffierter Abschnitt), die durch die durchgezogene Linie eingeschlossen ist, bestimmt, wobei die Verschiebungsgröße unabhängig von einer Veränderung der Temperatur des piezoelektrischen Elements PE kaum schwankt.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sind zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Vorteilen (1) bis (6) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die nachstehend genannten Vorteile bereitgestellt.
(7) Als eine Betriebsgröße zur Steuerung des Ausdehnens und Zusammenziehens des piezoelektrischen Elements PE wird eine elektrische Energie des piezoelektrischen Elements PE verwendet. Hierdurch kann, auch wenn die Temperatur des piezoelektrischen Elements PE schwankt, der Absolutwert eine Verschiebungsrate des piezoelektrischen Elements PE auf einem geeigneten Wert gehalten werden.
(Weitere Ausführungsbeispiele)
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele können wie nachstehend beschrieben modifiziert werden.
Bei einer Steuerung des Ausdehnens und Zusammenziehens des piezoelektrischen Elements PE müssen als ein Mittel zum Einstellen von Zustandsgrößen, so dass der Absolutwert einer Änderungsrate von elektrischen Zustandsgrößen nach der Startzeit vergrößert wird und der Absolutwert bei der Endzeit verkleinert wird, Änderungsratenmuster oder Muster zwischen einer Startzeit und einer Endzeit nicht symmetrisch sein. Der vorstehend genannte Absolutwert kann zwischen einer Startzeit und einer Endzeit unterschiedlich sein. Auch wenn Zustandsgrößen bei den vorstehend beschriebenen Betriebsarten nur für die Ausdehnungssteuerung eingestellt werden, können Schwierigkeiten, die während der Ausdehnungssteuerung auftreten, in geeigneter Weise überwunden werden.
Als ein Verfahren zum Ausdehnen oder Verringern der Absolutwerte einer Betriebsspannung V und einer elektrischen Energie W zu jeder Zeit auf der Grundlage des Kraftstoffdrucks in dem Common-Rail 6 ist die Berechnung nicht auf eine Multiplikation mit einem einzelnen Korrekturfaktor begrenzt. Unterschiedliche Korrekturfaktoren können innerhalb einer Startzeit, einer Endzeit und einer Zeitdauer dazwischen multipliziert werden. Des Weiteren können Korrekturwerte an Stelle einer Multiplikation von Korrekturfaktoren addiert werden.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel werden Betriebsspannungen überwacht, wobei, damit die Betriebsspannungen einem eingestellten Muster entsprechen, eine Regelung ausgeführt wird, indem der Ladeschalter 60 und der Entladeschalter 64 ein- und ausgeschaltet werden. Die Steuerung ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel begrenzt. Wie es beispielsweise in 13 gezeigt ist, werden, wenn die Stromgröße, die durch das piezoelektrische Element PE fließt, eine vorbestimmte obere Grenze UL erreicht, der Ladeschalter 60 und der Entladeschalter 64 von EIN auf AUS geschaltet, und wenn die Stromgröße Null wird, werden der Ladeschalter 60 und der Entladeschalter 64 von AUS auf EIN geschaltet. In diesem Fall können, wenn eine obere Grenze ULs der Startzeit und eine obere Grenze ULe der Endzeit eines Ladens oder Entladens niedriger eingestellt werden als eine obere Grenze ULm in einer mittleren Zeitdauer dazwischen, die Muster, die durch die durchgezogenen Linien in den 6A und 6D gezeigt sind, erhalten werden. Indem die oberen Grenzen ULs, ULm, ULe voreingestellt werden, kann eine offene Steuerung ausgeführt werden. Als ein Mittel für ein derartiges Betätigen bzw. Steuern der Ansteuerungsschaltung 52, um den eingestellten Zustandsgrößen zu entsprechen, ist das Ausführungsbeispiel nicht auf ein Mittel zum Regeln von zu überwachenden Zustandsgrößen auf die eingestellten Zustandsgrößen begrenzt. Das Betriebsspannungsmuster, das in der 7A gezeigt ist, kann erhalten werden, indem obere Grenzen in zwei Stufen in einer Zeitdauer zwischen der Startzeit und der Endzeit eines Ladens oder Entladens eingestellt werden.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird eine Leistung, die in das piezoelektrische Element PE und aus dem piezoelektrischen Element PE fließt, überwacht, wobei, damit die Leistung einem eingestellten Muster entspricht, eine Regelung ausgeführt wird, indem der Ladeschalter 60 und der Entladeschalter 64 ein- und ausgeschaltet werden. Das zweite Ausführungsbeispiel ist jedoch nicht hierauf begrenzt. Beispielsweise wird, wie es in 14 gezeigt ist, eine Ein-Betriebszeit auf einen vorbestimmten Wert eingestellt und ein Aus-Betrieb kann auf einen Ein-Betrieb umgeschaltet werden, wenn die Größe eines Stroms, der durch das piezoelektrische Element PE fließt, Null wird. In diesem Fall können, indem Ein-Betriebszeiten T1 und T3 der Startzeit und der Endzeit eines Ladens oder Entladens kleiner als eine Ein-Betriebszeit T2 in einer mittleren Zeitdauer dazwischen eingestellt werden, die Muster, die durch die durchgezogenen Linien in den 10A und 10B gezeigt sind, erhalten werden. Das Leistungsmuster, das in der 11A gezeigt ist, kann erreicht werden, indem eine Ein-Betriebszeit in zwei Stufen in einer Zeitdauer zwischen der Startzeit und der Endzeit eines Ladens oder Entladens eingestellt wird.
Wenn beispielsweise ein elektrisches Energiemuster, das in 15A gezeigt ist, verwendet wird, kann, da eine Anstiegsrate der elektrischen Energie des piezoelektrischen Elements PE bei dem Ende eines Ladens abnimmt, die vorstehend beschriebene Schwierigkeit, die aufgrund eines Überschusses an Energie, die bei der Endzeit eines Ladens des piezoelektrischen Elements PE zugeführt wird, auftritt, unterdrückt werden. Außerdem kann, wenn beispielsweise ein Betriebsspannungsmuster, das in 15B gezeigt ist, verwendet wird, da eine Abfallrate von Betriebsspannungen des piezoelektrischen Elements PE bei dem Start eines Entladens klein ist, die vorstehend beschriebene Schwierigkeit, die aufgrund eines Überschreitens des Absolutwerts einer Änderungsrate von Betriebsspannungen bei dem Start eines Entladens des piezoelektrischen Elements PE auftritt, unterdrückt werden. Des Weiteren kann, wenn ein elektrisches Energiemuster, das in 15C gezeigt ist, verwendet wird, da eine Abfallrate einer elektrischen Energie des piezoelektrischen Elements PE bei dem Start eines Entladens klein ist, die vorstehend beschriebene Schwierigkeit, die aufgrund eines Überschreitens einer Abfallrate einer Energie bei dem Start eines Entladens des piezoelektrischen Elements PE auftritt, unterdrückt werden.
Ein Gerät zur Ansteuerung der Piezo-Einspritzvorrichtung PI ist nicht auf diejenigen begrenzt, die in den 3 und 9 gezeigt sind. Eine Schaltung zur Berechnung einer Leistung, die dem piezoelektrischen Element PE zugeführt wird, ist nicht auf die Schaltung begrenzt, die eine Leistung auf der Grundlage einer Spannung eines Hochpotentialanschlusses des piezoelektrischen Elements PE und eines Stroms, der durch das piezoelektrische Element PE fließt, berechnet, wie es in 9 gezeigt ist. An Stelle der Schaltung kann die elektrische Leistung auf der Grundlage einer Stromgröße, die durch den Kondensator 58 fließt, der in 9 gezeigt ist, die durch eine Erfassung eines Potentials zwischen dem Kondensator 58 und dem Widerstand 59 (Knoten A) erfasst wird, berechnet werden. Das Produkt der Stromgröße und einer Spannung des Kondensators 58 (genauer gesagt einer Durchschnittsspannung in der kurzen Zeitdauer) ist gleich einer Leistung, die dem piezoelektrischen Element PE zugeführt wird. Wenn eine Einstellung so vorgenommen wird, dass die Spannung des Kondensators 58 durch eine Ladeverarbeitung und eine Entladeverarbeitung wenig beeinflusst wird, kann eine Leistung auf einfache Weise auf der Grundlage des vorstehend beschriebenen Stromwerts berechnet werden.
Eine Ansteuerungsschaltung kann verwendet werden, die eine Chopper-Steuerung unter Verwendung eines Rücklaufstroms beziehungsweise Flyback-Stroms eines Transformators ausführt, wie es in der JP 8-177678 A offenbart ist. Das piezoelektrische Element PE kann durch ein Verfahren geladen oder entladen werden, dass zu einer Chopper-Steuerung unterschiedlich ist.
Der Aufbau der Piezo-Einspritzvorrichtung PI ist nicht auf den Aufbau begrenzt, der in 2 gezeigt ist. Neben Einspritzvorrichtungen, die Zwei-Wege-Operationen ausführen, wie beispielsweise ein Ventil zu öffnen und ein Ventil zu schließen entsprechend einer Verschiebung eines piezoelektrischen Elements, sind ebenso Einspritzvorrichtungen verfügbar, die eine Hubgröße einer Düsennadel entsprechend einer Verschiebung des piezoelektrischen Elements PE kontinuierlich einstellen können, wie es in dem US Patent Nr. 6,520,423 offenbart ist. Wenn jedoch ein Antriebsleistungsübertragungssystem in der Piezo-Einspritzvorrichtung PI, die die Antriebsleistung des piezoelektrischen PE überträgt, so aufgebaut ist, dass ein Kraftstoffdruck entgegengesetzt zu einer Verschiebung des piezoelektrischen Elements PE angelegt wird, wenn das piezoelektrische Element PE beginnt, sich zu verschieben, ist es insbesondere effektiv, Muster von Zustandsgrößen und die Absolutwerte von Änderungsraten der Zustandsgrößen entsprechend dem Kraftstoffdruck variabel einzustellen.
Verbrennungskraftmaschinen können Benzinkraftmaschinen eines zylinderinternen Einspritztyps sein, ohne auf Dieselkraftmaschinen begrenzt zu sein.
Wie es vorstehend beschrieben ist, überwindet ein Ansteuerungsgerät für eine Piezo-Einspritzvorrichtung (50) Schwierigkeiten, die bei dem Start und dem Ende eines Ladens oder Entladens eines piezoelektrischen Elements (PE) auftreten, während eine hohe Ansprechempfindlichkeit aufrechterhalten wird. Bei dem Start und dem Ende eines Ladens eines piezoelektrischen Elements (PE) wird der Absolutwert einer Änderungsrate (dE/dt) einer elektrischen Energie (E) des piezoelektrischen Elements (PE) niedriger eingestellt als in einer Zeitdauer dazwischen. Folglich weist das Muster einer elektrischen Energie des piezoelektrischen Elements (PE) die Form des Buchstabens S auf. Dies verhindert ein Überschreiten einer Energie, die dem piezoelektrischen Element (PE) bei dem Start eines Ladens zugeführt wird, und einer Energie, die dem piezoelektrischen Element (PE) bei dem Ende eines Ladens zugeführt wird.

Claims

Ansteuerungsgerät für eine Piezo-Einspritzvorrichtung (PI), die ein piezoelektrisches Element (PE) umfasst, mit: einer Ansteuerungsschaltung (52) zur Steuerung von elektrischen Zustandsgrößen für ein Laden und Entladen des piezoelektrischen Elements (PE) entsprechend einem Ausdehnen und Zusammenziehen des piezoelektrischen Elements (PE), einer Einstellschaltung (100), die konfiguriert ist, bei einer Steuerung eines Ausdehnens und/oder eines Zusammenziehens des piezoelektrischen Elements (PE) bei jedem Kraftstoffeinspritzbetrieb die Änderungsrate (dV/dt, dE/dt) der elektrischen Zustandsgröße nach einer Startzeitdauer (T1, T4) der Steuerung auf einen Wert einzustellen, der größer als der Wert in der Startzeitdauer (T1, T4) ist, und die Änderungsrate (dV/dt, dE/dt) der elektrischen Zustandsgröße in einer Endzeitdauer (T3, T6), die einem Ende der Steuerung vorausgeht, auf einen Wert einzustellen, der kleiner als der Wert in einer Zeitdauer (T2, T5) ist, die der Startzeitdauer (T1, T4) nachfolgt, und einer Betriebsschaltung (80, 90), die die Ansteuerungsschaltung (52) betreibt, damit Änderungsraten für ein Laden und Entladen des piezoelektrischen Elements (PE) den eingestellten Änderungsraten entsprechen.
Ansteuerungsgerät nach Anspruch 1, mit: einer Erfassungseinrichtung (42-48), die einen Betriebszustand einer Verbrennungskraftmaschine, in der die Piezo-Einspritzvorrichtung (PI) angebracht ist, und/oder einen Betriebszustand eines Fahrzeugs erfasst, in dem die Verbrennungskraftmaschine angebracht ist, wobei die Einstellschaltung (100) ein Profil der Zustandsgrößen auf der Grundlage eines Erfassungsergebnisses des Sensors (42-48) einstellt.
Ansteuerungsgerät nach Anspruch 2, wobei die Einstellschaltung (100) das Profil einstellt, indem ein Muster der Absolutwerte von Änderungsraten der Zustandsgrößen auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses variabel eingestellt wird.
Ansteuerungsgerät nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Einstellschaltung (100) den Absolutwert einer Änderungsrate der Zustandsgrößen in einem gesteuerten Übergang zu jeder Zeit auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses vergrößert oder verkleinert.
Ansteuerungsgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Erfassungseinrichtung (42-48) einen Druck eines Kraftstoffs erfasst, der der Piezo-Einspritzvorrichtung (PI) zugeführt wird, und, wenn der Kraftstoffdruck, der durch die Erfassungseinrichtung (42-48) erfasst wird, höher ist, die Einstellschaltung (100) das Muster der Absolutwerte von Änderungsraten von Betriebsspannungen größer macht.
Ansteuerungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit: einer Überwachungsschaltung (70, 110), die die Zustandsgrößen überwacht, wobei die Betriebsschaltung (80, 90) eine tatsächliche Zustandsgrö-ße, die durch die Überwachungsschaltung überwacht wird, derart regelt, dass die tatsächliche Zustandsgröße einer Zustandsgröße entspricht, die durch die Einstellschaltung (100) eingestellt wird.
Ansteuerungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Zustandsgrößen für ein Laden und Entladen des piezoelektrischen Elements (PE) die Spannung des piezoelektrischen Elements (PE) und/oder eine elektrische Energie (E) des piezoelektrischen Elements (PE) sind, die mit einer Spannung über und einem Strom durch das piezoelektrische Element (PE) variiert.
Ansteuerungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Ansteuerungsschaltung (52) eine Schaltvorrichtung (60, 64) für eine Chopper-Steuerung umfasst und die Betriebsschaltung (80, 90) die Größe eines Stroms, der in dem piezoelektrischen Element (PE) fließt, wiederholt vergrößert und verkleinert, indem die Schaltvorrichtung (60, 64) wiederholt ein- und ausgeschaltet wird, um das zumindest eine des Ausdehnens und Zusammenziehens des piezoelektrischen Elements (PE) auszuführen.