DE10245135A1 - Piezo actuator drive circuit for internal combustion engine, has diode connected between inductor and capacitor to pass flywheel current of inductor to piezo stacks - Google Patents

Piezo actuator drive circuit for internal combustion engine, has diode connected between inductor and capacitor to pass flywheel current of inductor to piezo stacks

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DE10245135A1
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Abstract

The capacitors (CA,CB) and piezostacks (P1-P4) are connected through a switch (SA) and an inductor (L). The capacitor (CB) is serially connected to capacitor (CA) which is charged by a direct current (DC) power source (21). A diode (DB) is connected between the inductor and capacitor (CB) to pass flywheel current of the inductor to the piezo stacks. The switch (SA) is repeatedly switched to charge the piezo stacks.

Description

Die Erfindung betrifft eine Piezobetätigungsglied- Antriebsschaltung und genauer eine Piezobetätigungsglied- Antriebsschaltung für ein Fahrzeug- Kraftstoffeinspritzsystem. The invention relates to a piezo actuator Drive circuit and more precisely a piezo actuator Drive circuit for a vehicle Fuel injection system.

Ein Piezobetätigungsglied verwendet den piezoelektrischen Effekt eines piezoelektrischen Materials wie PZT, bei dem ein Piezostapel als kapazitives Element durch Ladung oder Entladung sich ausdehnen kann (expandieren) oder sich zusammenziehen (kontrahieren) kann, wodurch ein Kolben linear bewegt werden kann. Beispielsweise ist ein Kraftstoffeinspritzgerät für eine Brennkraftmaschine, das ein Piezobetätigungsglied zum Schalten eines Ein-/Aus- Ventils einer Einspritzeinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzung bekannt. Bei diesem Gerät werden eine Antriebskraft, die auf einen Ventilkörper zum Schalten eines Ein-/Aus-Ventils agiert, und eine Hubgröße des Ventilkörpers unter Verwendung einer Ladungsgröße eines Piezostapels eingestellt. A piezo actuator uses the piezoelectric Effect of a piezoelectric material such as PZT, in which a piezo stack as a capacitive element by charge or Discharge can expand (expand) or itself can contract (contract), causing a piston can be moved linearly. For example, is a Fuel injection device for an internal combustion engine, the a piezo actuator for switching an on / off Valve of an injector for one Fuel injection known. With this device a driving force applied to a valve body Switching an on / off valve acts, and a stroke size the valve body using a charge size of a piezo stack.

Die JP-A-10-308542 schlägt ein Gerät zum Laden eines Piezostapels über eine Induktivität vor, um einen Strom aus einem durch einen Gleichstromwandler geladenen Kondensator zu beschränken. Dieses Gerät ist mit einem ersten Leitungsweg, durch den der Fluss eines Ladestroms in dem Piezostapel über die Spule aus dem Kondensator ermöglicht wird, als auch mit einem zweiten Leitungsweg versehen, durch den der Fluss eines Ladestroms in dem Piezostapel mit einer in der Spule gespeicherten Energie ermöglicht wird, wenn der Kondensator von der Spule durch Ausschalten eines Schaltelements getrennt wird, wobei dem Piezostapel eine Ladung in dem Kondensator in kleinen Größen durch wiederholtes Ein- und Ausschalten des Schaltelements zugeführt werden kann (erstes Beispiel aus dem Stand der Technik). JP-A-10-308542 proposes a device for charging one Piezo stack over an inductor before to a current from one charged by a DC converter Restrict capacitor. This device is with a first conduit through which the flow of a charging current in the piezo stack over the coil from the capacitor is made possible, as well as with a second line path through which the flow of a charging current in the Piezo stack with energy stored in the coil is enabled when the capacitor from the coil through Turning off a switching element is separated, the Piezo stack a charge in the capacitor in small Sizes by repeatedly switching the Switching element can be supplied (first example from the state of the art).

Weiterhin offenbart die JP-T-2000-506950 ein Gerät, das derart angeordnet ist, dass ein Piezostapel über eine Induktivität aus Kondensatoren auf einen Schlag durch einen Resonanzeffekt der Induktivität und der Kondensatoren geladen werden kann. In diesem Gerät ist ein Schalter zum Starten eines Ladevorgangs, der zwischen dem Kondensator und der Induktivität vorgesehen ist, aus einem Thyristor mit einer Vorwärtsrichtung aufgebaut, die dieselbe wie die Richtung von dem Kondensator zu der Induktivität ist. Nach Übertragung einer Ladung in dem Piezostapel auf einen Schlag durch den Resonanzeffekt, arbeitet der Thyristor zur Vermeidung eines rückwärtsfließenden Stroms, wodurch der Ladevorgang automatisch gestoppt werden kann. Furthermore, JP-T-2000-506950 discloses an apparatus which is arranged such that a piezo stack over a Inductance from capacitors in one fell swoop a resonance effect of inductance and Capacitors can be charged. In this device is a switch to start charging between the capacitor and the inductor is provided a thyristor with a forward direction that the same as the direction from the capacitor to that Is inductance. After transferring a load in the Piezo stack in one fell swoop due to the resonance effect, the thyristor works to avoid a backward flowing current, causing the charging process can be stopped automatically.

Bei den Kondensatoren sind zwei Kondensatoren in Reihe geschaltet. Der Ladekondensator auf der Masseseite wird durch eine geschaltete Energieversorgung geladen. Der Sperrkondensator auf der Induktivitätsseite wird vorab geladen. Ein zwischen einem Anschluss des Sperrkondensators auf der Ladekondensatorseite und der Masse wird in Bezug auf einen Kontraktionsbefehl des Piezostapels eingeschaltet, und dann wird elektrische Ladung aus dem Piezostapel durch den Sperrkondensator entzogen (zweites Beispiel aus dem Stand der Technik). The capacitors have two capacitors in series connected. The charging capacitor on the ground side will charged by a switched power supply. The Blocking capacitor on the inductance side is pre- loaded. One between a port of the Blocking capacitor on the charging capacitor side and the Mass is related to a contraction order from the Piezo stack turned on, and then electrical Charge from the piezo stack through the blocking capacitor withdrawn (second example from the prior art).

Das erste Beispiel aus dem Stand der Technik erfordert eine höhere Spannung zwischen Anschlüssen des Kondensators als eine Sollspannung des Piezostapels. Jedoch ist, wenn eine Spannung zwischen den Anschlüssen sich über der Sollspannung befindet, viel Zeit zum Laden erforderlich, weshalb eine unzureichende Ladeeffizienz bereitgestellt wird. Dabei ist im Übrigen ein Gleichspannungswandler erforderlich, der eine hohe Spannung ausgeben kann. The first prior art example requires a higher voltage between terminals of the Capacitor as a target voltage of the piezo stack. However, if there is a voltage between the terminals is above the target voltage, plenty of time to charge required, which is why inadequate charging efficiency provided. Incidentally, there is a DC converter required, which is high Can output tension.

Das zweite Beispiel aus dem Stand der Technik benötigt ein Gerät, das in der Lage ist, ausreichend Strom zum Laden des Piezostapels auf einen Schlag fließen zu lassen, weshalb die Form der Induktivität vergrößert ist. The second example from the prior art is required a device that is capable of supplying sufficient electricity Loading of the piezo stack flow in one go leave, which is why the shape of the inductor is enlarged.

Zusätzlich muss bei dem Versuch, das Laden des Piezostapels auf halber Strecke zu beenden, ein Leitungsweg davon zwangsweise ausgeschaltet werden, wobei der Strom durch die Induktivität fließt. Daher kann das Gerät im Wesentlichen das Laden nicht zu einem gewünschten Zeitverlauf stoppen, und es hat eine unzureichende Flexibilität bei der Ladungssteuerung des Piezostapels und weist nicht notwendigerweise eine ausreichende Genauigkeit zur Steuerung einer Ladungsgröße auf. In addition, when trying to load the Piezo stack to end halfway, one Line path thereof are forcibly switched off, whereby the current flows through the inductor. Therefore, that can Device essentially doesn't charge to one stop desired timing and it has a insufficient flexibility in charge control of the Piezo stack and does not necessarily have one sufficient accuracy to control a charge size on.

Die Erfindung wurde in Bezug auf die vorstehend beschriebenen Tatsachen gemacht, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Piezobetätigungsglied- Antriebsschaltung zu schaffen, die eine gute Ladeeffizienz erzielen kann, selbst wenn eine Ausgangsspannung eines Gleichspannungswandlers sich über der Sollspannung des Piezostapels befindet, und eine genaue Ladesteuerbarkeit zu erzielen. The invention has been made in relation to the above facts described, and you are the Task based on a piezo actuator To create drive circuit that is good Charging efficiency can be achieved even if one Output voltage of a DC voltage converter over the target voltage of the piezo stack, and a to achieve precise charge controllability.

Diese Aufgabe wird durch eine Piezobetätigungsglied- Antriebsschaltung gemäß dem Patentanspruch 1 und alternativ durch eine Piezobetätigungsglied- Antriebsschaltung gemäß dem Patentanspruch 7 gelöst. This task is performed by a piezo actuator. Drive circuit according to claim 1 and alternatively by a piezo actuator Drive circuit solved according to claim 7.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous refinements are the subject of Dependent claims.

Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe wird gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung eine Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung geschaffen mit einer Gleichspannungsversorgung, einem ersten Kondensator, der parallel mit der Gleichspannungsversorgung geschaltet ist und durch die Gleichspannungsversorgung geladen wird, Piezobetätigungsgliedern, Piezostapeln, die jeweils in den Piezobetätigungsgliedern enthalten sind, einem Leitungsweg, der den ersten Kondensator und die Piezostapel verbindet, einer Steuerungseinheit, einer Induktivität, die an einem Zwischenpunkt in dem Leitungsweg vorgesehen ist, einer ersten Schalteinheit, die an einem Zwischenpunkt in dem Leitungsweg vorgesehen ist, wobei die erste Schalteinheit den ersten Kondensator und die Induktivität unter der Steuerung der Steuerungseinheit voneinander trennt und miteinander verbindet, einem zweiten Kondensator, der vorgesehen ist und in Reihe mit dem ersten Kondensator zwischen der ersten Schalteinheit und der Induktivität geschaltet ist, und einer Diode, die zur Verbindung eines Anschlusses des zweiten Kondensators auf der Seite der Induktivität und der Masse vorgesehen ist, wobei die Diode eine Durchlassrichtung aufweist, die dieselbe wie eine Richtung ist, in der ein Ladestrom aus der Induktivität in die Piezostapel über die Diode fließt, und die Steuerungseinheit zum wiederholten Ein- und Ausschalten der ersten Schalteinheit in Reaktion auf einen Piezostapelexpansionsbefehl eingerichtet ist, um die Piezostapel zu laden. According to a first embodiment of the invention Piezo actuator drive circuit created with a DC voltage supply, a first one Capacitor that is in parallel with the DC voltage supply is switched and by the DC power supply is charged, Piezo actuators, piezo stacks, each in the piezo actuators are included, one Conduction path that the first capacitor and the Piezo stack connects one control unit to one Inductance at an intermediate point in the Route is provided, a first switching unit, provided at an intermediate point in the pipeline is, wherein the first switching unit is the first capacitor and the inductance under the control of the Control unit separates from each other and with each other connects, a second capacitor which is provided and in series with the first capacitor between the first switching unit and the inductance is switched, and a diode used to connect a connection of the second capacitor on the inductor side and the mass is provided, the diode being a Pass direction that is the same as one Direction is in which a charging current from the inductor flows into the piezo stack via the diode, and the Control unit for repeated switching on and off the first switching unit in response to one Piezo stack expansion command is set up to the Piezo stack to load.

Gemäß der Erfindung ist die Induktivität nicht vergrößert, da den Piezostapeln in dem Kondensator gespeicherte Energie in geringen Größen zugeführt werden kann, in dem die Schalteinheit ein- und ausgeschaltet wird. Außerdem kann eine Ausgangsspannung der Gleichspannungsversorgung beschränkt werden, während eine an den Anschluss der Induktivität auf der Seite des zweiten Kondensators anzulegende Spannung durch eine Größe einer Spannung zwischen den Anschlüssen des zweiten Kondensators gesichert werden kann. According to the invention, the inductance is not enlarged because of the piezo stack in the capacitor stored energy can be supplied in small sizes can, in which the switching unit is switched on and off becomes. In addition, an output voltage of DC power supply can be limited while a to the connection of the inductor on the side of the second capacitor voltage to be applied by a Magnitude of a voltage between the connections of the second Capacitor can be secured.

Zusätzlich ist es möglich, eine Zufuhrmenge von Energie in Abhängigkeit von der Anzahl, wie oft die Schalteinheit ein- und ausgeschaltet wird, frei zu steuern, da eine steuerbare minimale Energieeinheit durch die dem Piezostapel zugeführte Energie definiert ist, in dem die Schalteinheit zu einem Zeitpunkt ein- und ausgeschaltet wird. In addition, it is possible to add an amount of energy depending on the number of times the switching unit is switched on and off freely to control, as a controllable minimum energy unit through the Piezostile supplied energy is defined in which the Switch unit switched on and off at a time becomes.

Für eine zweite vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird berücksichtigt, dass weiterhin in einem Fall, in dem der Kondensator zu dem Zeitpunkt der Piezostapelkontraktion entladene Energie aufnimmt, eine hohe Spannung zwischen den Anschlüssen des Kondensators zu einer unzureichenden Entnahmeeffizienz führen kann, was somit dementsprechend zu einer Wärmeerzeugung führt. Daher ist es notwendig, Teile einer derartigen Antriebsschaltung in Anbetracht des Wärmewiderstands und Temperaturcharakteristiken auszuwählen und auszulegen. For a second advantageous embodiment of the invention is considered to continue in a case where the capacitor at the time of Piezo stack contraction absorbs discharged energy high voltage between the terminals of the capacitor can lead to inadequate removal efficiency, which accordingly leads to heat generation. Therefore, it is necessary to use parts of such Drive circuit considering the thermal resistance and Select and interpret temperature characteristics.

Gemäß dieser zweiten Ausgestaltung der Erfindung soll daher eine Piezobestätigungsgliedantriebsschaltung geschaffen werden, die die vorstehend beschriebene Aufgabe der Erfindung lösen kann und zusätzlich Energie effizient aus dem Piezostapel in den Kondensator aufzunehmen. According to this second embodiment of the invention hence a piezo actuator drive circuit be created that the above described Can solve the problem of the invention and additional energy efficiently from the piezo stack into the capacitor take.

Gemäß dieser zweiten Ausgestaltung der Erfindung weist daher die Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung weiterhin auf: einen Leitungsweg, der zur Umgehung des ersten Kondensators und der ersten Schalteinheit und zur Verbindung eines Anschlusses des zweiten Kondensators auf der Seite der ersten Schalteinheit mit der Masse vorgesehen ist, eine zweite Schalteinheit, die parallel zu der Diode geschaltet ist, und eine dritte Schalteinheit, die zum Öffnen und Schließen des Leitungswegs vorgesehen ist, wobei die Steuerungseinheit als eine Steuerungseinheit zur Steuerung der zweiten Schalteinheit und der dritten Schalteinheit als auch der ersten Schalteinheit verwendet wird, und die Steuerungseinheit eingerichtet ist, auf einen Piezostapelkontraktionsbefehl und zum Ausschalten der ersten Schalteinheit zu reagieren, die dritte Schalteinheit einzuschalten und die zweite Schalteinheit wiederholt ein- und auszuschalten, wodurch veranlasst wird, dass die Piezostapel zu dem zweiten Kondensator hin entladen werden. According to this second embodiment of the invention hence the piezo actuator drive circuit continue on: a route that bypasses the first capacitor and the first switching unit and Connection of a connection of the second capacitor the side of the first switching unit with the mass is provided a second switching unit that is parallel connected to the diode, and a third Switch unit for opening and closing the Line path is provided, the control unit as a control unit for controlling the second Switching unit and the third switching unit as well first switching unit is used, and the Control unit is set up on a Piezo stack contraction command and to switch off the to respond to the first switching unit, the third Switch on switching unit and the second switching unit repeatedly turn on and off, causing will that the piezo stack towards the second capacitor be discharged.

Für eine Periode, während der die zweite Schalteinheit sich in einem eingeschalteten Zustand befindet, wird ein allmählich ansteigender Strom aus dem Piezostapel zur Masse über die Induktivität und die zweite Schalteinheit zum Fließen gebracht, und die Energie in dem Piezostapel wird teilweise in magnetischer Energie der Induktivität umgewandelt. Für eine Periode, während der die zweite Schalteinheit sich in einem ausgeschalteten Zustand befindet, fließt ein Freilaufstrom in den zweiten Kondensator aus der Induktivität. Somit wird die Energie des Piezostapels durch den zweiten Kondensator entnommen. For a period during which the second switching unit is in an on state, becomes a gradually increasing current from the piezo stack to Mass over the inductance and the second switching unit made to flow, and the energy in the piezo stack is partly in magnetic energy of inductance converted. For a period during which the second Switch unit itself in an off state a freewheeling current flows into the second Capacitor from the inductance. Hence the energy of the piezo stack by the second capacitor.

Wenn Energie entnommen wird, ist ein Anschluss des zweiten Kondensators auf der Seite des ersten Kondensators geerdet, so dass ein Potenzial an dem Anschluss des zweiten Kondensators auf der Seite der Induktivität niedriger als der in der Aufladungssteuerung in Reaktion auf einen Piezostapelexpansionsbefehl wird, wobei die Effizienz bei der Entnahme der Energie verbessert wird, anstelle dass die Energie des Piezostapels entnommen wird, wenn der zweite Kondensator in Reihe mit dem ersten Kondensator geschaltet ist. When energy is withdrawn, a connection is made to the second capacitor on the side of the first Capacitor grounded so that a potential at the Connection of the second capacitor on the side of the Inductance lower than that in the charge control in response to a piezo stack expansion command, being efficient in extracting energy is improved instead of the energy of the Piezo stack is removed when the second capacitor is connected in series with the first capacitor.

Für eine dritte Ausgestaltung der Erfindung wird darüber hinaus berücksichtigt, dass eine Spannung zwischen den Anschlüssen des Kondensators zur Steuerung einer Ladungsgröße des Piezostapels und zur Durchführung einer Ladungssteuerung auf der Grundlage der erfassten Spannung erfasst wird, wie in dem Fall des ersten Beispiels aus dem Stand der Technik. In einem Fall, in dem der Kondensator oder der Piezostapel eine große Kapazität aufweist, ist jedoch eine Spannungsänderung kleiner, selbst mit derselben Größe einer Energieübertragung, was zu einer unzureichenden Erfassungsgenauigkeit führt. For a third embodiment of the invention also takes into account that a tension between the Connections of the capacitor to control one Charge size of the piezo stack and to carry out a Charge control based on the detected voltage is detected, as in the case of the first example the state of the art. In a case where the Capacitor or the piezo stack a large capacity has, however, a voltage change is smaller, even with the same size of an energy transfer what leads to insufficient detection accuracy.

Daher soll gemäß der dritten Ausgestaltung der Erfindung eine Piezobestätigungsantriebsschaltung geschaffen werden, die die vorstehend beschriebene Aufgabe lösen kann und weiterhin eine gute Genauigkeit zur Erfassung einer Energieänderungsgröße in dem Kondensator oder dem Piezostapel aufweist. Therefore, according to the third embodiment of the invention created a piezo confirmation drive circuit be to solve the problem described above can and continue to have good accuracy for detection an amount of energy change in the capacitor or Piezo stack has.

Daher ist gemäß dieser dritten Ausgestaltung in der Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung die Steuerungseinheit eingerichtet, auf einen Piezostapelexpansionsbefehl zu reagieren und die erste Schalteinheit in einen ausgeschalteten Zustand festzuhalten, wenn ein Potenzial an dem Anschluss des zweiten Kondensators auf der Seite der Induktivität einen vorbestimmten Wert erreicht. Therefore, according to this third embodiment in the Piezo actuator drive circuit Control unit set up on a Piezo stack expansion command to respond and the first Switch unit in an off state to note if there is a potential at the connection of the second capacitor on the inductor side predetermined value reached.

Da ein Anschlusspotenzial des zweiten Kondensators auf der Seite der Induktivität niedrig wird, wenn der erste Kondensator und der zweite Kondensator eine hohe Menge an Energie dem Piezostapel zuführt, und hoch wird, wenn der erste Kondensator und der zweite Kondensator eine geringe Energiemenge zu den Piezostapeln zuführen, kann das Anschlusspotenzial des zweiten Kondensators auf der Seite der Induktivität als ein Maß für Energie verwendet werden, die dem Piezostapel zugeführt worden ist. Dabei ändert sich, je kleiner die Kapazität des zweiten Kondensators ist, desto schärfer eine Spannung zwischen den Anschlüssen des zweiten Kondensators in Abhängigkeit von der den Piezostapeln zugeführten Energiegröße, weshalb um so genauer die Größe der Energie geregelt werden kann. As a connection potential of the second capacitor the side of the inductor becomes low when the first Capacitor and the second capacitor a high amount of Energy is supplied to the piezo stack and becomes high when the first capacitor and the second capacitor a small one Feeding the amount of energy to the piezo stack can do that Connection potential of the second capacitor on the side of inductance used as a measure of energy that have been fed to the piezo stack. there changes, the smaller the capacity of the second Capacitor, the sharper a voltage between the connections of the second capacitor depending from the energy quantity supplied to the piezo stack, which is why the size of the energy is regulated more precisely can be.

In der Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung wird die Steuerungseinheit als eine Steuerungseinheit zur Steuerung der Gleichspannungsversorgung verwendet, und die Steuerungseinheit ist eingerichtet, eine Ladungsmenge des ersten Kondensators, der durch die Gleichspannungsversorgung geladen wird, derart zu erhöhen und zu verringern, dass eine Änderung in einer Spannung zwischen den Anschlüssen des zweiten Kondensators vor und nach der Entladung der Piezostapel im Ansprechen auf einen Piezostapelkontraktionsbefehl ein vorbestimmter Referenzwert wird. In the piezo actuator drive circuit, the Control unit as a control unit for Control of the DC voltage supply used, and the control unit is set up, an amount of charge of the first capacitor through the DC voltage supply is charged to increase in this way and decrease that change in voltage between the terminals of the second capacitor before and after discharging the piezo stack in response to a piezo stack contraction command a predetermined one Reference value is.

Da eine aus dem Piezostapel durch den zweiten Kondensator entnommene Ladungsmenge derart reguliert wird, dass sie sich auf einem Referenzwert befindet, kann der Piezostapel eine korrekte Energiemenge des zweiten Kondensators empfangen, wenn der Piezostapel aufgeladen wird, weshalb eine Energiemenge des Piezostapels mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann. Because one from the piezo stack through the second capacitor withdrawn amount of charge is regulated so that it is at a reference value, the Piezo stack a correct amount of energy of the second Capacitor received when the piezo stack is charged is why an amount of energy of the piezo stack with can be controlled with high accuracy.

Für eine vierte vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird berücksichtigt, dass in dem Fall des ersten Beispiels aus dem Stand der Technik, bei dem Energie in kleinen Größen abgegeben wird, ein durch die Induktivität fließender Strom nicht zu einem Zeitpunkt gesteuert werden kann, wenn der Piezostapel dessen Sollladungsgröße erreicht hat, wobei Energie entsprechend der Größe des Stroms in dem Piezostapel übertragen wird, wodurch ein Fehler in der Ladungsgröße erzeugt wird. For a fourth advantageous embodiment of the invention is taken into account that in the case of the first Example from the prior art, in which energy in small sizes is given by inductance flowing current is not controlled at a time can be when the piezo stack is its target charge size has reached, with energy corresponding to the size of the Current in the piezo stack is transmitted, causing a Error in the charge size is generated.

Gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung soll daher eine Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung geschaffen werden, die die vorstehend beschriebene Aufgabe der Erfindung lösen kann, und weiterhin eine gute Steuerbarkeit für Energie aufweist. According to a fourth embodiment of the invention hence a piezo actuator drive circuit be created that the above described Can solve the object of the invention, and continue to be a good one Has controllability for energy.

Gemäß dieser vierten Ausgestaltung weist die Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung weiterhin auf: Abtrenn-Schalteinheiten, die zum Abtrennen der Piezostapel von dem Leitungsweg vorgesehen sind, und eine Diode, die zur Verbindung eines Anschlusses des ersten Kondensators auf der Seite der Schalteinheit, die zum Abtrennen und Verbinden des ersten Kondensators und der Induktivität vorgesehen ist, mit einem Anschluss der Induktivität auf der Seite der Piezostapel vorgesehen ist, wobei die Diode eine derartige Richtung aufweist, dass eine Spannung zwischen beiden Anschlüssen des ersten Kondensators eine Sperrspannung wird, wobei die Steuerungseinheit als eine Steuerungseinheit zur Steuerung der Abtrenn-Schalteinheit verwendet wird, und die Steuerungseinheit eingerichtet ist, die Abtrenn- Schalteinheit auszuschalten und die Piezostapel von dem Leitungsweg abzutrennen, wenn die Aufladung der Piezostapel abgeschlossen ist. According to this fourth embodiment, the Piezo actuator drive circuit still on: Disconnect switching units that are used to disconnect the Piezo stacks are provided by the conduction path, and one Diode used to connect a connector of the first Capacitor on the side of the switching unit, which for Disconnect and connect the first capacitor and the Inductance is provided with a connection of Inductance provided on the side of the piezo stack the diode has such a direction, that a voltage between both terminals of the first Capacitor becomes a reverse voltage, the Control unit as a control unit for Control of the disconnect switch unit is used, and the control unit is set up, the Switch off switching unit and the piezo stack from that Disconnect line route when charging the Piezo stack is complete.

Durch Ausschalten der Schalteinheit und Ausschalten der Abtrenn-Schalteinheit zum Trennen des Piezostapels von dem Leitungsweg gelangt ein durch die Induktivität zu diesem Zeitpunkt fließender Strom durch eine Entnahmediode und wird durch den ersten Kondensator entnommen, wodurch der Verlust verringert werden kann. Es ist ebenfalls möglich, ein Laden des Piezostapels aufgrund eines Freilaufstroms, der durch die Induktivität nach Ausschalten der Schalteinheit fließt, zu vermeiden, weshalb eine Ladungsgröße des Piezostapels korrekt unter Verwendung einer Zeitperiode gesteuert werden kann, während der die Schalteinheit sich in einem ausgeschalteten Zustand befindet. By switching off the switching unit and switching off the Disconnect switch unit for separating the piezo stack from the conduction path comes through the inductance current flowing through a Extraction diode and is through the first capacitor taken, whereby the loss can be reduced. It it is also possible to load the piezo stack due to a freewheeling current caused by the inductance after switching off the switching unit, to avoid which is why a charge size of the piezo stack is correctly below Can be controlled using a time period during which the switching unit is in one switched off state.

Für eine fünfte vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird berücksichtigt, dass in dem Fall des zweiten Beispiels aus dem Stand der Technik der Sperrkondensator mit dem Ladekondensator in Reihe geschaltet ist, um durch den Gleichspannungswandler geladen zu werden, was die Schaltung verkompliziert. Beispielsweise ist eine Schaltung ausschließlich zum Laden getrennt erforderlich. For a fifth advantageous embodiment of the invention is taken into account that in the case of the second Example from the prior art of the blocking capacitor connected in series with the charging capacitor to the DC-DC converter to be loaded what the Circuit complicated. For example, one is Switching only required for charging separately.

Daher soll gemäß der fünften Ausgestaltung eine Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung geschaffen werden, die die vorstehend beschriebene Aufgabe der Erfindung lösen kann und zusätzlich einen einfachen Aufbau ohne ein derartiges Problem beim Laden des Sperrkondensators aufweist. Therefore, according to the fifth embodiment, a Piezo actuator drive circuit created be the task of Can solve invention and in addition a simple Setup without such a problem when loading the Has blocking capacitor.

Gemäß der fünften Ausgestaltung der Erfindung weist die Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung weiterhin auf: einen Leitungsweg, der zur Umgehung des ersten Kondensators und der ersten Schalteinheit und zur Verbindung eines Anschlusses des zweiten Kondensators auf der Seite der ersten Schalteinheit mit der Masse vorgesehen ist, eine zweite Schalteinheit, die parallel zu der Diode geschaltet ist, und eine dritten Schalteinheit, die zum Öffnen und Schließen des Leitungswegs vorgesehen ist, wobei die Steuerungseinheit als eine Steuerungseinheit zur Steuerung der zweiten Schalteinheit und der dritten Schalteinheit als auch der ersten Schalteinheit verwendet wird, und die Steuerungseinrichtung eingerichtet ist, durchzuführen: einen ersten Schritt einer Aktivierungssteuerung einschließlich Einschalten der ersten Schalteinheit, wobei die zweite Schalteinheit und die dritte Schalteinheit in einem ausgeschalteten Zustand sind, zu einem Zeitpunkt der Aktivierung eines Geräts zum Laden der Piezostapel, einen zweiten Schritt der Aktivierungssteuerung, der dem ersten Schritt der Aktivierungssteuerung nachfolgt, einschließlich Ausschalten der ersten Schalteinheit und Einschalten der dritten Schalteinheit, um eine Entladung des zweiten Kondensators zu bewirken, und einen dritten Schritt der Aktivierungssteuerung, der dem zweiten Schritt der Aktivierungssteuerung nachfolgt, einschließlich Einschalten der dritten Schalteinheit und wiederholtes Ein- und Ausschalten der zweiten Schalteinheit, um ein Entladen der Piezostapel zu dem zweiten Kondensator hin zu bewirken. According to the fifth embodiment of the invention, the Piezo actuator drive circuit still on: a route that bypasses the first Capacitor and the first switching unit and Connection of a connection of the second capacitor the side of the first switching unit with the mass is provided a second switching unit that is parallel connected to the diode, and a third Switch unit for opening and closing the Line path is provided, the control unit as a control unit for controlling the second Switching unit and the third switching unit as well first switching unit is used, and the Control device is set up to carry out: a first step of an activation control including switching on the first switching unit, the second switching unit and the third Switching unit are in a switched-off state a time of activation of a device for charging the piezo stack, a second step of the Activation control, the first step of Activation control follows, including Switch off the first switching unit and switch on the third switching unit to discharge the second Effect capacitor and a third step of Activation control, the second step of Activation control follows, including Switch on the third switching unit and repeat Switch the second switching unit on and off in order to Discharge the piezo stack towards the second capacitor to effect.

Die Gleichspannungsversorgung kann zum Laden des zweiten Kondensators als auch des ersten Kondensators verwendet werden, was einen vereinfachten Aufbau ohne den Bedarf zum Einschließen einer zusätzlichen Energiequelle ermöglicht, die zum Laden des zweiten Kondensators benötigt wird. The DC power supply can be used to charge the second Capacitor and the first capacitor used be what a simplified structure without the need to include an additional energy source allows to charge the second capacitor is needed.

Für eine sechste Ausgestaltung der Erfindung wird berücksichtigt, dass eine in dem Kondensator oder in dem Piezostapel verbleibende Ladung, wenn sich das Gerät nicht in normalen Betriebszuständen befindet, einen Fehler in der Ladungsgröße verursachen kann, und ebenfalls zusätzliche Verarbeitungen wie beispielsweise, dass zunächst bestätigt werden muss, ob Ladung vorhanden ist oder nicht, und eine dementsprechende Entladung beispielsweise bei Ausführung einer Wartung einschließen kann. For a sixth embodiment of the invention takes into account that one in the capacitor or in the Piezo stack remaining charge when the device is not in normal operating conditions, one Can cause errors in cargo size, and also additional processing such as that it must first be confirmed whether there is cargo is or not, and a corresponding discharge include when performing maintenance, for example can.

Daher soll gemäß der sechsten Ausgestaltung der Erfindung eine Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung bereitgestellt werden, die die Aufgabe der Erfindung lösen kann und weiterhin eine Restladung vermeiden kann. Therefore, according to the sixth embodiment of the invention a piezo actuator drive circuit are provided which are the object of the invention can solve and continue to avoid a residual charge.

Gemäß der sechsten Ausgestaltung der Erfindung weist die Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung gemäß der Erfindung auf: eine Gleichspannungsversorgung, einen ersten Kondensator, der parallel mit der Gleichspannungsversorgung geschaltet ist und durch die Gleichspannungsversorgung geladen wird, Piezobetätigungsglieder, Piezostapel, die jeweils in den Piezobetätigungsgliedern enthalten sind, einen Leitungsweg, der den ersten Kondensator und die Piezostapel verbindet, eine Induktivität, die an einem Zwischenpunkt in dem Leitungsweg vorgesehen ist, eine Schalteinheit, die an einem Zwischenpunkt in dem Leitungsweg vorgesehen ist, wobei die Schalteinheit den ersten Kondensator und die Induktivität voneinander trennt und miteinander verbindet, und einen Widerstand, der parallel zu den Piezostapeln geschaltet ist. According to the sixth embodiment of the invention, the Piezo actuator drive circuit according to the Invention on: a DC power supply, one first capacitor, which is in parallel with the DC voltage supply is switched and by the DC power supply is charged, Piezo actuators, piezo stack, each in the Piezo actuators are included, one Conduction path that the first capacitor and the Piezo stack connects an inductor connected to one An intermediate point is provided in the route Switching unit located at an intermediate point in the Line path is provided, the switching unit first capacitor and the inductance from each other separates and connects, and a resistance, which is connected in parallel to the piezo stack.

Der Piezostapel entlädt entsprechend einer Zeitkonstanten, die von einem Widerstandswert des Widerstands und einer Kapazität des Piezostapels abhängt. Es ist möglich, Restladungen und Ladungsaufbau aufgrund von Temperaturänderungen in den Piezostapel zu vermeiden, die einen Fehler in der Energie erzeugen würden, da ein Entladungsweg für den Piezostapel gesichert ist. Zusätzlich können Vorgänge zur Beseitigung der Restladung in dem Piezostapel beispielsweise bei einer Wartung entfallen. Während die Entladung des Piezostapels selbst dann stattfindet, wenn sich das Piezobetätigungsglied in einem Expansionszustand befindet, kann eine Ladungsgröße des Piezostapels und ein Widerstandswert des Widerstands im Hinblick auf eine Zeit eingestellt werden, während der das Piezobetätigungsglied seinen notwendigen Expansionszustand und dergleichen beibehalten muss. The piezo stack discharges accordingly Time constants that differ from a resistance value of the Resistance and a capacitance of the piezo stack depends. It is possible due to residual charges and charge build-up to avoid temperature changes in the piezo stack, that would generate a mistake in energy since one Discharge path for the piezo stack is secured. In addition, operations to remove the residual charge in the piezo stack, for example during maintenance omitted. During the discharge of the piezo stack itself then takes place when the piezo actuator is in an expansion state, a charge size of the piezo stack and a resistance value of the resistor be set with regard to a time during which the piezo actuator its necessary Expansion state and the like must maintain.

Die Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung weist weiterhin auf: einen zweiten Kondensator, der vorgesehen ist und in Reihe mit dem ersten Kondensator zwischen der ersten Schalteinheit und der Induktivität geschaltet ist, eine Diode, die zur Verbindung eines Anschlusses des zweiten Kondensators auf der Seite der Induktivität und der Masse vorgesehen ist, wobei die Diode eine Durchlassrichtung aufweist, die dieselbe wie eine Richtung ist, in der ein zum Laden der Piezostapel verwendeter Ladestrom aus der Induktivität in die Piezostapel über die Diode fließt, einen Leitungsweg, der zur Verbindung eines Anschlusses des zweiten Kondensators auf der Seite der Schalteinheit mit der Masse vorgesehen ist, eine zweite Schalteinheit, die parallel zu der Diode geschaltet ist, und eine weitere Schalteinheit, die zum Öffnen und Schließen des Leitungswegs vorgesehen ist, und eine Steuerungseinheit, die eingerichtet ist, wiederholt die Schalteinheiten in zueinander entgegengesetzter Phase ein- und auszuschalten. The piezo actuator drive circuit has continue on: a second capacitor that is provided is in series with the first capacitor between the first switching unit and the inductance is switched, a diode used to connect a connection of the second capacitor on the inductor side and the mass is provided, the diode being a Pass direction that is the same as one Is in the direction of loading the piezo stack used charging current from the inductance in the Piezo stack flows over the diode, a conduction path that for connecting a connection of the second capacitor provided on the side of the switching unit with the mass is a second switching unit that is parallel to the diode is switched, and another switching unit, which for Opening and closing the line path is provided, and a control unit that is set up repeats the switching units in opposite phases on and off.

Wenn die Schalteinheit sich in einem eingeschalteten Zustand befindet, fließt ein Strom durch einen Leitungsweg aus dem zweiten Kondensator durch die Induktivität zu dem Widerstand. Folglich wird Kondensatorenergie durch den Widerstand teilweise verbraucht, und werden Ladungen zu dem zweiten Kondensator übertragen. Wenn eine andere Schalteinheit sich in einem eingeschalteten Zustand befindet, wird ein geschlossener Kreis, der den ersten Kondensator umgeht, gebildet und Ladungen in dem zweiten Kondensator werden zur Masse hin entladen. Die vorstehend beschriebenen Zustände werden wiederholt, wodurch Ladungsmengen des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators auf null gebracht werden können. When the switching unit is in an on Condition, a current flows through one Line path from the second capacitor through the Inductance to the resistor. Hence Capacitor energy through the resistance in part consumed, and charges become the second Transfer capacitor. If another switching unit is in an on state, becomes a closed circuit bypassing the first capacitor are formed and charges in the second capacitor unload to the crowd. The ones described above States are repeated, whereby charge amounts of the first capacitor and the second capacitor to zero can be brought.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen: The invention is described below with reference to Embodiments with reference to the enclosed drawing described in more detail. Show it:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Piezobetätigungsglied- Antriebsschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 1 is a diagram of a Piezobetätigungsglied- drive circuit according to a first embodiment,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Kraftstoffeinspritzgeräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 2 is a block diagram of a fuel injection apparatus according to the first embodiment,

Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer Einspritzeinrichtung eines Kraftstoffeinspritzgeräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 3 is a cross sectional view of an injector of a fuel injection apparatus according to the first embodiment,

Fig. 4 Zeitverläufe, die einen Betriebszustand einer Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellen, Fig. 4 is a time chart illustrating an operation state of a piezo actuator driving circuit according to the first embodiment,

Fig. 5 Zeitverläufe, die einen Betriebszustand der Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellen, Fig. 5 is a time chart illustrating an operation state of the piezoelectric actuator drive circuit according to the first embodiment,

Fig. 6 ein Schaltbild einer Piezobetätigungsglied- Antriebsschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 6 is a circuit diagram of a Piezobetätigungsglied- drive circuit according to a second embodiment,

Fig. 7 Zeitverläufe, die einen Betriebszustand der Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellen, und Fig. 7 is a time chart illustrating an operation state of the piezoelectric actuator drive circuit according to the second embodiment, and

Fig. 8 Zeitverläufe, die einen Betriebszustand der Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellen. Fig. 8 is a time chart illustrating an operation state of the piezoelectric actuator drive circuit according to the second embodiment.

Nachstehend ist ein erstes Ausführungsbeispiel beschrieben. Below is a first embodiment described.

In Fig. 1 ist ein Aufbau einer Piezobetätigungsglied- Antriebsschaltung gezeigt. Fig. 2 zeigt den Aufbau eines Common-Rail-Kraftstoffeinspritzgeräts einer Dieselbrennkraftmaschine. Fig. 3 zeigt den Aufbau einer Einspritzeinrichtung. Vor der Beschreibung der Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung ist das Kraftstoffeinspritzgerät beschrieben. Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, sind so viele Einspritzeinrichtungen 1 entsprechend den einzelnen Zylindern vorgesehen wie es Zylinder in der Dieselbrennkraftmaschine gibt. In dieser Zeichnung ist lediglich eine dieser Einspritzeinrichtungen 1 veranschaulicht. Die Einspritzeinrichtung (Injektor) 1 ist derart angeordnet, dass sie mit Kraftstoff über eine Versorgungsleitung 45 von einer Common-Rail (gemeinsamen Kraftstoffleitung) 44 versorgt wird, und dass sie Kraftstoff in eine Verbrennungskammer jedes Zylinders zu einem Einspritzdruck einspritzt, der annähernd gleich einem Kraftstoffdruck innerhalb der Common-Rail 44 ist, der nachstehend als Common-Rail-Druck bezeichnet wird. Der Kraftstoff in einem Kraftstofftank 41 wird unter Druck gesetzt und in die Common-Rail 44 durch eine Hochdruckversorgungspumpe 43 eingeführt und darin bei hohem Druck gespeichert. In Fig. 1, a structure of a Piezobetätigungsglied- shown driving circuit. Fig. 2 shows the construction of a common rail fuel injection apparatus of a diesel internal combustion engine. Fig. 3 shows the structure of an injection device. Before describing the piezo actuator drive circuit, the fuel injector is described. As shown in Fig. 2, as many injectors 1 are provided corresponding to the individual cylinders as there are cylinders in the diesel engine. Only one of these injection devices 1 is illustrated in this drawing. The injector 1 is arranged to be supplied with fuel via a supply line 45 from a common rail 44 , and to inject fuel into a combustion chamber of each cylinder at an injection pressure that is approximately equal to a fuel pressure is within the common rail 44 , hereinafter referred to as common rail pressure. The fuel in a fuel tank 41 is pressurized and introduced into the common rail 44 by a high pressure supply pump 43 and stored therein at high pressure.

Der der Einspritzeinrichtung 1 aus der Common-Rail 44 zugeführte Kraftstoff wird für eine Hydraulikdrucksteuerung für die Einspritzeinrichtung 1 als auch zur Einspritzung in die Verbrennungskammer verwendet, wie es vorstehend beschrieben worden ist, und dann fließt der Kraftstoff zurück zu dem Kraftstofftank 41 aus der Einspritzeinrichtung 1 über eine Abflussleitung 46 bei einem niedrigen Druck. The fuel supplied to the injector 1 from the common rail 44 is used for hydraulic pressure control for the injector 1 as well as for injection into the combustion chamber as described above, and then the fuel flows back to the fuel tank 41 from the injector 1 via a drain line 46 at a low pressure.

Eine CPU (Zentralverarbeitungseinheit) 31 berechnet den Einspritzzeitverlauf und die Einspritzgröße des Kraftstoffs auf der Grundlage erfasster Signale wie eines Kurbelwinkels und gibt ein Einspritzsignal INJ und ein Zylindersignal zur Identifikation eines Zylinders, bei dem die Einspritzung durchzuführen ist, zu einer Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung 2 entsprechend den Berechnungsergebnissen aus. Die Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung 2 treibt Piezobetätigungsglieder an, die in den einzelnen Einspritzeinrichtungen 1 eingebaut sind, um ein Einspritzen von Kraftstoff durch die Einspritzeinrichtungen 1 während einer gegebenen Periode zu bewirken. A CPU (central processing unit) 31 calculates the injection timing and the injection amount of the fuel based on detected signals such as a crank angle, and outputs an injection signal INJ and a cylinder signal for identifying a cylinder to be injected to a piezo actuator drive circuit 2 in accordance with Calculation results. The piezo actuator drive circuit 2 drives piezo actuators installed in the individual injectors 1 to effect fuel injection by the injectors 1 during a given period.

Die Common-Rail 44 ist mit einem Drucksensor 32 versehen, der einen Common-Rail-Druck erfasst. Die CPU 31 steuert ein Regulationsventil 42 auf der Grundlage des erfassten Common-Rail-Drucks zur Regulierung einer Kraftstoffmenge, die unter Druck gesetzt ist und in die Common-Rail 44 eingeführt wird. The common rail 44 is provided with a pressure sensor 32 which detects a common rail pressure. The CPU 31 controls a regulator valve 42 based on the detected common rail pressure to regulate an amount of fuel that is pressurized and introduced into the common rail 44 .

Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, weist die Einspritzeinrichtung 1 die Form einer Stange auf und ist derart angebracht, dass dessen führendes Ende, das sich gemäß der Darstellung in der Fig. 3 an der unteren Seite befindet, in die Verbrennungskammer vorspringt. Die Einspritzeinrichtung 1 ist derart angeordnet, dass sie einen Düsenabschnitt 1A, einen Gegendrucksteuerungsabschnitt 1B und ein Piezobetätigungsglied 1C in der Reihenfolge von unten nach oben aufweist. As shown in FIG. 3, the injector 1 is in the form of a rod and is attached such that its leading end, which is shown on the lower side as shown in FIG. 3, protrudes into the combustion chamber. The injection device 1 is arranged such that it has a nozzle section 1 A, a back pressure control section 1 B and a piezo actuator 1 C in the order from bottom to top.

Innerhalb eines hülsenförmigen Körpers (Düsenkörpers) 104 des Düsenabschnitts 1a wird eine Nadel 121 verschiebbar in dessen rückwärtigen Endabschnitt gehalten. Die Nadel 121 wird auf einem ringförmigen Sitz 1041 gesetzt oder wird von dem ringförmigen Sitz 1041 abgehoben, der in einem führenden Endabschnitt des Düsenkörpers 104 gebildet ist. In einem umgebenden Freiraum 104 in dem führenden Endabschnitt der Nadel 121 wird Hochdruckkraftstoff aus der Common-Rail 44 über einen Hochdruckdurchlass 101 eingeführt und der eingeführte Kraftstoff wird durch eine Einspritzöffnung 103 eingespritzt, wenn die Nadel 121 abgehoben ist. Die Nadel 121 weist eine ringförmige gestufte Oberfläche 1211 auf, an der ein Kraftstoffdruck aus dem Hochdruckdurchlass 101 in der abhebenden Richtung, d. h. aufwärts agiert. Within a sleeve-shaped body (nozzle body) 104 of the nozzle section 1 a, a needle 121 is slidably held in its rear end section. The needle 121 is set on an annular seat 1041 or is lifted off the annular seat 1041 formed in a leading end portion of the nozzle body 104 . In a surrounding free space 104 in the leading end portion of the needle 121 , high-pressure fuel is introduced from the common rail 44 through a high-pressure passage 101 and the introduced fuel is injected through an injection port 103 when the needle 121 is lifted off. The needle 121 has an annular stepped surface 1211 , on which a fuel pressure from the high-pressure passage 101 acts in the lifting direction, ie upwards.

Hinter der Nadel 121 ist eine Gegendruckkammer 106 zur Erzeugung eines Gegendrucks auf die Nadel 121 ausgebildet, in die Kraftstoff als Steuerungsöl über eine Einlassmündung 107 aus dem Hochdruckdurchlass 101 eingeführt wird. Dieser Gegendruck agiert auf der rückwärtigen Endoberfläche 1212 der Nadel 121 in Sitzrichtung, d. h. abwärts, zusammen mit einer Feder 122, die in der Gegendruckkammer 106 angeordnet ist. Behind the needle 121 , a back pressure chamber 106 is formed for generating a back pressure on the needle 121 , into which fuel as control oil is introduced from the high pressure passage 101 via an inlet port 107 . This back pressure acts on the rear end surface 1212 of the needle 121 in the seat direction, ie downward, together with a spring 122 which is arranged in the back pressure chamber 106 .

Der Gegendruck wird durch den Gegendrucksteuerungsabschnitt 1B erhöht und verringert. Der Gegendrucksteuerungsabschnitt 1B wird durch das Piezobetätigungsglied 1C mit dem Piezostapel 127 angesteuert. The back pressure is increased by the back pressure control section 1 B and decreased. The back pressure control section 1 B is controlled by the piezo actuator 1 C with the piezo stack 127 .

Die Gegendruckkammer 106 kommuniziert stets mit einer Ventilkammer 110 des Gegendrucksteuerungsabschnitts 1B über eine Auslassmündung 109. Die Ventilkammer 110 ist in einer konischen Form mit einer Deckenebene 1101 mit einer aufwärts gerichteten Neigung geformt. In der Oberseite der Deckenebene 1101 ist ein Niederdruckanschluss 110A geöffnet, der mit einer Niederdruckkammer 111 kommuniziert. Die Niederdruckkammer 111 kommuniziert mit einem Niederdruckdurchlass 102, der zu der Abflussleitung 46 führt. In der unteren Fläche der Ventilkammer 110 ist ein Hochdruckanschluss 110B geöffnet, der mit dem Hochdurchlass 101 über einen Hochdrucksteuerungsdurchlass 108 kommuniziert. The back pressure chamber 106 always communicates with a valve chamber 110 of the back pressure control section 1 B via an outlet mouth 109 . The valve chamber 110 is shaped in a conical shape with a ceiling plane 1101 with an upward slope. In the top of the ceiling level 1101 , a low pressure connection 110 A is opened, which communicates with a low pressure chamber 111 . The low pressure chamber 111 communicates with a low pressure passage 102 that leads to the drain line 46 . In the lower surface of the valve chamber 110 , a high pressure port 110 B is opened, which communicates with the high passage 101 via a high pressure control passage 108 .

In der Ventilkammer 110 ist eine Kugel 123 angeordnet, deren unterer Abschnitt horizontal weggeschnitten ist. Die Kugel 123 ist ein Ventilkörper, der aufwärts und abwärts bewegt werden kann. Wenn die Kugel 123 sich abwärts bewegt, setzt sie sich mit der vorstehend beschriebenen abgeschnittenen Fläche auf der unteren Fläche 1102 der Ventilkammer, die als Ventilsitz (der nachstehend als hochdruckseitiger Sitz bezeichnet ist) verwendet wird und schließt den Hochdruckanschluss 110B ab, wodurch die Ventilkammer 110 von dem Hochdrucksteuerungsdurchlass 108 abgeschnitten wird. Wenn die Kugel 123 sich aufwärts bewegt, setzt sie sich an die vorstehend beschriebene Deckenebene 1101, die als Ventilsitz (der nachstehend als niederdruckseitiger Sitz bezeichnet ist) verwendet wird, und schließt den Niederdruckanschluss 110A ab, wodurch die Ventilkammer 110 von der Niederdruckkammer 111 abgeschnitten wird. Somit kommuniziert, wenn die Kugel 123 sich in der unteren Position befindet, die Gegendruckkammer 106 mit der Niederdruckkammer 111 über die Auslassmündung 109 und die Ventilkammer 110, so dass ein Gegendruck in der Nadel 121 verringert wird und sich die Nadel 121 abhebt. Im Gegensatz dazu wird, wenn die Kugel 123 sich in der oberen Position befindet, die Gegendruckkammer 106 von der Niederdruckkammer 111 abgeschnitten und kommuniziert lediglich mit dem Hochdruckdurchlass 101, so dass ein Gegendruck in der Nadel 121 sich erhöht und die Nadel 121 gesetzt wird. A ball 123 is arranged in the valve chamber 110 , the lower section of which is cut away horizontally. The ball 123 is a valve body that can be moved up and down. When the ball moves 123 downward, it continues with the above-described cut-off surface to the bottom surface 1102, the valve chamber (designated the hereinafter referred to as high-pressure side seat) as a valve seat is used, and closes the high-pressure port 110 B from, whereby the valve chamber 110 is cut off from the high pressure control passage 108 . When the ball 123 moves upward, it settles on the above-described ceiling plane 1101 , which is used as the valve seat (hereinafter referred to as the low pressure side seat), and closes off the low pressure port 110 A, thereby cutting off the valve chamber 110 from the low pressure chamber 111 becomes. Thus, when the ball 123 is in the lower position, the back pressure chamber 106 communicates with the low pressure chamber 111 via the outlet port 109 and the valve chamber 110 , so that back pressure in the needle 121 is reduced and the needle 121 is lifted. In contrast, when the ball 123 is in the up position, the back pressure chamber 106 is cut off from the low pressure chamber 111 and only communicates with the high pressure passage 101 , so that back pressure in the needle 121 increases and the needle 121 is set.

Die Kugel 123 wird gedrückt und angetrieben durch das Piezobetätigungsglied 1C. Das Piezobetätigungsglied 1C weist eine längliche Öffnung 112, die in der vertikalen Richtung über der Niederdruckkammer 111 geformt ist, zwei Kolben 124 und 125 mit unterschiedlichen Durchmessern, die in der länglichen Öffnung 112 verschiebbar gehalten werden, und einen Piezostapel 127 auf, dessen Expansions- und Kontraktionsrichtungen mit der Auf- und Abwärtsrichtung zusammenfallen und der über den oberen Kolben 125 mit großem Durchmesser angeordnet ist. Ball 123 is pushed and driven by piezo actuator 1 C. Piezo actuator 1 C has an elongated opening 112 formed in the vertical direction above low pressure chamber 111 , two pistons 124 and 125 with different diameters located in elongated opening 112 are held displaceably, and a piezo stack 127 , the expansion and contraction directions of which coincide with the up and down direction and which is arranged above the upper piston 125 with a large diameter.

Der Kolben 125 mit großem Durchmesser wird mit dem Piezostapel 127 durch eine Feder 126 in Kontakt gehalten, die unterhalb des Kolbens mit großem Durchmesser gehalten wird, und ist derart angeordnet, dass sie in die Auf- und Abwärtsrichtung durch dieselbe Größe wie die bei Expansion und Kontraktion des Piezostapels 127 versetzt wird. The large diameter piston 125 is held in contact with the piezo stack 127 by a spring 126 held below the large diameter piston and is arranged to be up and down by the same size as that when expanded and Contraction of the piezo stack 127 is offset.

In einem Raum, der von dem unteren Kolben mit kleinem Durchmesser 124 in entgegengesetzter Richtung von der Kugel 123, dem Kolben 125 mit großem Durchmesser und der länglichen Öffnung 112 abgegrenzt ist, ist eine Versatzvergrößerungskammer 113 geformt und mit Kraftstoff gefüllt. Wenn der Kolben 125 mit großem Durchmesser durch die Expansion des Piezostapels 127 nach unten versetzt wird, wird der Kraftstoff in der Versatzvergrößerungskammer 113 komprimiert, wodurch die Kompressionskraft auf den Kolben 124 mit kleinem Durchmesser über den Kraftstoff in der Versatzvergrößerungskammer 113 übertragen wird. Da der Kolben 124 mit kleinem Durchmesser einen kleineren Durchmesser als der Kolben 125 mit großem Durchmesser aufweist, wird eine Expansionsgröße des Piezostapels 127 vergrößert und in einem Versatz des Kolbens 124 mit kleinem Durchmesser umgewandelt. Bei Einspritzen von Kraftstoff wird der Piezostapel 127 zunächst zum Expandieren geladen, wodurch sich der Kolben 124 mit kleinem Durchmesser abwärts zum Herunterdrücken der Kugel 123 bewegt. Folglich wird die Kugel 123 von dem niederdruckseitigen Sitz 1101 abgehoben und auf den hochdruckseitigen Sitz 1102 gesetzt, um eine Kommunikation zwischen der Gegendruckkammer 106 mit dem Niederdruckdurchlass 102 zu erreichen, wodurch der Kraftstoffdruck in der Gegendruckkammer 106 verringert wird. Folglich dominiert die Kraft, die auf der Nadel 121 in der Abheberichtung wirkt, die Kraft, die in die Sitzrichtung wirkt, weshalb die Nadel 121 zum Start des Kraftstoffeinspritzens abgehoben wird. An offset enlargement chamber 113 is formed and filled with fuel in a space delimited from the lower small diameter piston 124 in the opposite direction from the ball 123 , the large diameter piston 125 and the elongated opening 112 . When the large diameter piston 125 is displaced downward by the expansion of the piezo stack 127 , the fuel in the displacement enlargement chamber 113 is compressed, whereby the compressive force is transmitted to the small diameter piston 124 via the fuel in the displacement enlargement chamber 113 . Because the small diameter piston 124 has a smaller diameter than the large diameter piston 125 , an expansion size of the piezo stack 127 is increased and converted into an offset of the small diameter piston 124 . When fuel is injected, the piezo stack 127 is first loaded to expand, whereby the small diameter piston 124 moves downward to push the ball 123 down. As a result, the ball 123 is lifted from the low pressure side seat 1101 and placed on the high pressure side seat 1102 to establish communication between the back pressure chamber 106 and the low pressure passage 102 , thereby reducing the fuel pressure in the back pressure chamber 106 . As a result, the force acting on the needle 121 in the lift direction dominates the force acting on the seat direction, and therefore the needle 121 is lifted to start the fuel injection.

Zum Stoppen des Kraftstoffeinspritzens bewirkt ein Entladen des Piezostapels 127, dass sich der Piezostapel 127 wieder zusammenzieht (kontrahiert), wodurch die Betätigungskraft, die auf der Kugel 123 wirkt, gelöst wird. Dabei agiert, da das Innere der Ventilkammer 110 sich auf einem niedrigen Druck befindet und die untere Fläche der Kugel 123 einen hohen Kraftstoffdruck aus dem Hochdrucksteuerungsdurchlass 108 empfängt, insgesamt ein aufwärtsgerichteter Kraftstoffdruck auf die Kugel 123. Dann wird die Kugel 123 von dem hochdruckseitigen Sitz 1102 durch Lösen der auf die Kugel 123 wirkenden Betätigungskraft entfernt, und die Kugel 123 wird erneut auf den niederdruckseitigen Sitz 1101 gesetzt. Folglich wird die Nadel 121 dadurch gesetzt, da der Kraftstoffdruck in der Ventilkammer 110 erhöht wird, so dass das Einspritzen beendet wird. To stop fuel injection, unloading the piezo stack 127 causes the piezo stack 127 to contract (contract) again, thereby releasing the actuation force acting on the ball 123 . At this time, since the inside of the valve chamber 110 is at a low pressure and the lower surface of the ball 123 receives a high fuel pressure from the high pressure control passage 108 , an overall upward fuel pressure acts on the ball 123 . Then, the ball 123 is removed from the high pressure side seat 1102 by releasing the operating force acting on the ball 123 , and the ball 123 is placed on the low pressure side seat 1101 again. As a result, the needle 121 is set by increasing the fuel pressure in the valve chamber 110 so that the injection is stopped.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist die Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung 2 zum Laden und Entladen des Piezostapels 127 beschrieben. Zur Vereinfachung der Beschreibung ist der Piezostapel 127 als ein Piezostapel P1, ein Piezostapel P2, ein Piezostapel P3 und ein Piezostapel P4 entsprechend vier Zylindern dargestellt. Die Piezobetätigungsglied- Antriebsschaltung 2 weist einen Lade- und Entladeschaltungsabschnitt 20, einen Gleichspannungswandler 21, der eine Gleichspannungsversorgung ist, und eine Steuereinrichtung 22 auf, die eine Steuerungseinheit ist. Der Lade- und Entladungsschaltungsabschnitt 20 weist erste und zweite Kondensatoren CA und CB zum Anlegen von Spannungen an die Piezostapel P1 bis P4 auf, wobei die Kondensatoren derart angeordnet sind, dass sie ein funktionelles Haupt- und Untersystemverhältnis (Master und Slave) bilden. Der erste Kondensator CA ist mit einem Ausgang des Gleichspannungswandlers 21 verbunden. Der Gleichspannungswandler 21 ist eine Hochsetz-Chopper- Schaltung zum Heraufsetzen einer Spannung, die aus einer an einem Fahrzeug angebrachten Batterie B angelegt wird, um die Spannung an dem ersten Kondensator CA anzulegen. Referring to FIG. 1, the piezo actuator drive circuit 2 for charging and discharging the piezo stack 127 is described. To simplify the description, the piezostack 127 is shown as a piezostack P1, a piezostack P2, a piezostack P3 and a piezostack P4 corresponding to four cylinders. The piezo actuator drive circuit 2 has a charge and discharge circuit section 20 , a DC-DC converter 21 , which is a DC voltage supply, and a control device 22 , which is a control unit. The charge and discharge circuit section 20 has first and second capacitors CA and CB for applying voltages to the piezo stacks P1 to P4, the capacitors being arranged such that they form a functional main and subsystem relationship (master and slave). The first capacitor CA is connected to an output of the DC / DC converter 21 . The DC-DC converter 21 is a step-up chopper circuit for boosting a voltage applied from a battery B attached to a vehicle to apply the voltage to the first capacitor CA.

Der erste Kondensator CA weist eine adäquat große Kapazität auf. Die Kapazität des zweiten Kondensators CB ist ausreichend kleiner als die des ersten Kondensators CA, und der zweite Kondensator CB ist in Reihe mit sowohl dem ersten Kondensator CA als auch dem Gleichspannungswandler 21 geschaltet. Der zweite Kondensator CB und der erste Kondensator CA sind miteinander über ein erstes Schaltelement SA verbunden, das eine erste Schaltungseinheit ist. The first capacitor CA has an adequately large capacitance. The capacitance of the second capacitor CB is sufficiently smaller than that of the first capacitor CA, and the second capacitor CB is connected in series with both the first capacitor CA and the DC-DC converter 21 . The second capacitor CB and the first capacitor CA are connected to one another via a first switching element SA, which is a first circuit unit.

Das erste Schaltelement SA besteht aus einem MOSFET, dessen parasitäre Diode DA (die nachstehend in geeignete Weise als erste parasitäre Diode bezeichnet ist) mit dem ersten Kondensator CA derart verbunden ist, dass eine Spannung zwischen beiden Anschlüssen des durch den Gleichspannungswandler 21 geladenen ersten Kondensators CA als Sperrspannung (invertierte Vorspannung) verwendet wird. The first switching element SA consists of a MOSFET, the parasitic diode DA (which is suitably referred to as the first parasitic diode hereinafter) is connected to the first capacitor CA such that a voltage between both terminals of the first capacitor CA charged by the DC-DC converter 21 is used as reverse voltage (inverted bias).

Außerdem ist der zweite Kondensator CB mit den Piezostapeln P1-P4 über eine Induktivität L verbunden, weshalb ein erster Leistungsweg W1 derart gebildet ist, dass die Piezostapel P1-P4 gespeist werden. In addition, the second capacitor CB with the Piezo stacks P1-P4 connected via an inductance L, which is why a first power path W1 is formed in such a way that the piezo stacks P1-P4 are fed.

Weiterhin bildet die Induktivität L einen zweiten Leitungsweg W2. Dieser Leitungsweg W2 ist mit einem zweiten Schaltelement SB versehen, der eine zweite Schalteinheit ist, um ein Ende der Induktivität L auf der Seite des zweiten Kondensators CB mit der Masse zu verbinden. Der Leitungsweg W2 bildet einen geschlossenen Kreis einschließlich der Induktivität L, der Piezostapel P1-P4 und des zweiten Schaltelements SB. Das zweite Schaltelement SB ist ebenfalls aus einem MOSFET aufgebaut. Das zweite Schaltelement SB ist derart verschaltet, dass eine Durchlassrichtung von dessen parasitären Diode DB (die nachstehend in geeigneter Weise als zweite parasitäre Diode bezeichnet wird) dieselbe wie die Richtung ist, in der ein Ladestrom durch die parasitäre Diode DB und dann durch die Induktivität L in die Piezostapel P1-P4 fließt. Furthermore, the inductance L forms a second one Route W2. This route W2 is with a provided second switching element SB, the second Switching unit is at one end of the inductance L on the Side of the second capacitor CB to ground connect. The route W2 forms a closed one Circle including the inductance L, the piezo stack P1-P4 and the second switching element SB. The second Switching element SB is also made of a MOSFET built up. The second switching element SB is like this interconnected that a forward direction of its Parasitic Diode DB (the following in an appropriate manner is referred to as the second parasitic diode) the same as is the direction in which a charging current through the parasitic diode DB and then by the inductance L in the piezo stack P1-P4 flows.

Die Leitungswege W1 und W2 werden gemeinsam durch die einzelnen Piezostapel P1-P4 genutzt. Die anzusteuernden bzw. anzutreibenden Piezostapel P1-P4 können wie nachstehend beschrieben ausgewählt werden. Die Piezostapel P1-P4 sind mit Schaltelementen SP1, SP2, SP3 und SP4 (die nachstehend in geeigneter Weise als Auswahlschaltelemente bezeichnet werden) jeweils in Reihe geschaltet. Von den Auswahlschaltelementen SP1-SP4 wird zu dem Zeitpunkt eines Einspritzens lediglich das mit den Piezostapeln P1-P4 verbundene Schaltelement entsprechend dem einspritzenden Zylinder eingeschaltet. The routes W1 and W2 are shared by the single piezo stack P1-P4 used. The ones to be controlled or the piezo stack P1-P4 to be driven can be like selected below. The Piezo stack P1-P4 are with switching elements SP1, SP2, SP3 and SP4 (suitably referred to below as Selection switching elements are called) each in series connected. From the selection switching elements SP1-SP4 at the time of injection, only the one with the Piezo stack P1-P4 connected switching element accordingly the injecting cylinder turned on.

Jedes der einzelnen Auswahlschaltelemente SP1-SP4 ist aus einem MOSFET aufgebaut und derart verschaltet, dass die Richtungen ihrer parasitären Dioden DP1, DP2, DP3 und DP4 (die nachstehend in geeigneter Weise als parasitäre Auswahldioden bezeichnet sind) entgegengesetzt zu den Richtungen sind, in denen der Ladestrom aus der Induktivität L zu den Piezostapeln P1-P4 jeweils fließt. Each of the individual selection switching elements SP1-SP4 is off a MOSFET and connected in such a way that the Directions of their parasitic diodes DP1, DP2, DP3 and DP4 (which are appropriately referred to below as parasitic Selection diodes are labeled) opposite to the Directions are in which the charging current from the Inductance L flows to the piezo stacks P1-P4 each.

Ein Leitungsweg W3 ist zur Verbindung eines Anschlusses des zweiten Kondensators CB auf der Seite des ersten Schaltelements SA mit der Masse vorgesehen, und in dem Leitungsweg W3 sind ein drittes Schaltelement SC und eine Diode DE in Reihe geschaltet. Das Schaltelement SC ist aus einem MOSFET aufgebaut. Die parasitäre Diode DC des Schaltelements SC und die Diode DE sind derart verschaltet, dass sie zueinander entgegengesetzte Richtungen aufweisen, und zusätzlich ist die Diode DE derart eingestellt, dass deren Durchlassrichtung dieselbe wie die Richtung ist, in der ein Strom aus der Seite des zweiten Kondensators CB zu der Masse fließt. A line path W3 is for connecting a connection of the second capacitor CB on the first side Switching element SA provided with the mass, and in the Line path W3 are a third switching element SC and one Diode DE connected in series. The switching element SC is made up of a MOSFET. The parasitic diode DC of the Switching element SC and the diode DE are of this type interconnected that they are opposite to each other Have directions, and in addition the diode DE set such that their forward direction is the same what is the direction in which a stream is coming from the side of the second capacitor CB flows to ground.

Außerdem ist in dem Leitungsweg W3 die Diode DE in einer derartigen Richtung eingesetzt, dass eine Spannung zwischen beiden Anschlüssen des zweiten Kondensators CB eine Sperrspannung (invertierte Vorspannung) wird. In addition, the diode DE is in the line path W3 such a direction that a tension between both connections of the second capacitor CB becomes a reverse voltage (inverted bias).

Weiterhin ist zwischen den Anschlüssen der Piezostapel P1-P4 auf der Seite der Induktivität L und der Masse eine Diode DG in einer derartigen Richtung vorgesehen, dass eine Spannung zwischen den Anschlüssen jedes Piezostapels P1-P4 zum Zeitpunkt einer Expansion eine Sperrspannung wird. Furthermore, the piezo stack is between the connections P1-P4 on the side of inductance L and ground one Diode DG provided in such a direction that a voltage between the terminals of each piezo stack P1-P4 a reverse voltage at the time of expansion becomes.

Die Schaltelement SA, SB, SC und SP1-SP4 empfangen jeweils Steuerungssignale SWSA, SWSB, SWSC, SWS1, SWS2, SWS3 und SWS4 aus der Steuerungseinrichtung 22 an ihren Gates (Steuerungsanschlüssen). Die Steuerungseinrichtung 22 schaltet für die individuellen Schaltelemente SA-SP4 in geeigneter Weise ein bzw. aus. The switching elements SA, SB, SC and SP1-SP4 each receive control signals SWSA, SWSB, SWSC, SWS1, SWS2, SWS3 and SWS4 from the control device 22 at their gates (control connections). The control device 22 switches on and off for the individual switching elements SA-SP4 in a suitable manner.

Die Steuerungseinrichtung 22 erhält ein Potenzial VCBL an dem Anschluss des zweiten Kondensators CB auf der Seite der Induktivität L und eine Spannung VCBD zwischen den Anschlüssen des zweiten Kondensators CB. Eine Erfassungsschaltung 23 erfasst das Potenzial VCBL und die Spannung VCBD. The control device 22 receives a potential VCBL at the connection of the second capacitor CB on the inductor L side and a voltage VCBD between the connections of the second capacitor CB. A detection circuit 23 detects the potential VCBL and the voltage VCBD.

Beispielsweise ist ein der Steuerungseinrichtung 22 zugeführtes Einspritzsignal INJ ein binäres Signal mit logischen L- und H-Pegeln (niedrige und hohe Pegel). Die führende Flanke des Signals wird als Piezostapelexpansionsbefehl verwendet, und dessen nachlaufende Flanke wird als Piezostapelkontraktionsbefehl verwendet. Die Steuerungseinrichtung 22 gibt ein Schaltsignal DCSW für den Gleichspannungswandler 21 aus. For example, an injection signal INJ supplied to the control device 22 is a binary signal with logic L and H levels (low and high levels). The leading edge of the signal is used as a piezo stack expansion command, and its trailing edge is used as a piezo stack contraction command. The control device 22 outputs a switching signal DCSW for the DC / DC converter 21 .

In Fig. 4 und 5 sind Zeitverläufe dargestellt, die Betriebszustände einzelner Teile der Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung 2 darstellen. Nachstehend ist die Funktion der Steuerungseinrichtung 22 und der Betrieb der Piezobetätigungsglied- Antriebsschaltung 2 beschrieben. In Figs. 4 and 5 time curves are shown which represent the operating states of individual parts of the piezoelectric actuator drive circuit 2. The function of the control device 22 and the operation of the piezo actuator drive circuit 2 are described below.

In den nachstehend beschriebenen Zeitverläufen sind die in den einzelnen Abschnitten der Antriebsschaltung 2 beobachteten Signale mit den folgenden Bezugszeichen bezeichnet. SA, SB, SC, SP1, SP2, SP3 und SP4 zeigen jeweils eingeschaltete und ausgeschaltete Zustände der einzelnen Schaltelemente, wobei der hohe Pegel einen eingeschalteten Zustand angibt. VCAS ist ein Potenzial an dem Anschluss des ersten Kondensators CA an der Seite des Schaltelements SA. VCBL ist eine Spannung an dem Anschluss des zweiten Kondensators CB auf der Seite der Induktivität L. VCBS ist ein Potenzial an dem Anschluss des zweiten Kondensators CB auf der Seite des Schaltelements SA. VCBD ist eine Spannung zwischen den Anschlüssen des zweiten Kondensators CB. VP1L ist ein Potenzial an dem Anschluss des Piezostapels P1 auf der Seite der Induktivität L. IL ist ein Strom, der durch die Induktivität L fließt. IDF ist ein Strom, der durch die Diode DF gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel fließt. In the time profiles described below, the signals observed in the individual sections of the drive circuit 2 are designated by the following reference symbols. SA, SB, SC, SP1, SP2, SP3 and SP4 each show switched-on and switched-off states of the individual switching elements, the high level indicating a switched-on state. VCAS is a potential at the connection of the first capacitor CA on the side of the switching element SA. VCBL is a voltage at the connection of the second capacitor CB on the inductor L side. VCBS is a potential at the connection of the second capacitor CB on the switching element SA side. VCBD is a voltage between the terminals of the second capacitor CB. VP1L is a potential at the connection of the piezo stack P1 on the side of the inductance L. IL is a current which flows through the inductance L. IDF is a current flowing through the diode DF according to the second embodiment.

VCAD ist eine Spannung zwischen den Anschlüssen des ersten Kondensators CA. VCAD is a voltage between the terminals of the first capacitor CA.

Nachstehend ist der Startvorgang beschrieben. The starting procedure is described below.

Wie es in dem linken halben Abschnitt in Fig. 4 dargestellt ist, werden der erste Kondensator CA und der zweite Kondensator CB zu dem Zeitpunkt der Aktivierung des Geräts vor dem Laden der Piezostapel P1-P4 geladen. Somit bringt ein Laden des ersten Kondensators CA und des zweiten Kondensators CB den Anschluss des ersten Kondensators CA auf der Seite des Schaltelements SA in Bezug auf die Masseseite auf ein höheres Potenzial. Gleichzeitig bringt dies den Anschluss des zweiten Kondensators CB auf der Seite der Induktivität L auf ein höheres Potenzial in Bezug auf den Anschluss auf der Seite des Schaltelements SA. Wenn das Schaltelement SA eingeschaltet wird, wird an den Anschluss der Induktivität L auf der Seite des zweiten Kondensators CB eine Spannung angelegt, die durch eine Addition einer Spannung zwischen den Anschlüssen des ersten Kondensators CA und einer Spannung zwischen den Anschlüssen des zweiten Kondensators CB erzeugt wird. Eine Spannung zwischen den Anschlüssen des ersten Kondensators CA wird derart eingestellt, dass sie etwas höher als die Soll- Ladungsspannungen der Piezostapel P1-P4 ist. As shown in the left half section in Fig. 4, the first capacitor CA and the second capacitor CB are charged at the time of activation of the device before charging the piezo stack P1-P4. Thus, charging the first capacitor CA and the second capacitor CB brings the connection of the first capacitor CA on the switching element SA side to a higher potential with respect to the ground side. At the same time, this brings the connection of the second capacitor CB on the inductor L side to a higher potential with respect to the connection on the switching element SA side. When the switching element SA is turned on, a voltage is applied to the terminal of the inductor L on the side of the second capacitor CB, which voltage is generated by adding a voltage between the terminals of the first capacitor CA and a voltage between the terminals of the second capacitor CB , A voltage between the connections of the first capacitor CA is set in such a way that it is somewhat higher than the target charge voltages of the piezo stack P1-P4.

Nachstehend ist die Aktivierung des Geräts beschrieben. The activation of the device is described below.

Die Steuerungseinrichtung 22 ist eingestellt, Steuerungssignale zu dem ersten, dem zweiten und dem dritten Schaltelement SA, SB und SC sowie den Auswahlschaltelementen SP1-SP4 beispielsweise in Reaktion auf eine Betätigung zum Einschalten des Zündschalters (Schlüsselschalters) der Brennkraftmaschine bei Aktivierung des Geräts auszugeben, wie es in der ersten Hälfte der Zeitverläufe gemäß Fig. 4 dargestellt ist. Dieser Vorgang verursacht, dass der erste Kondensator CA und der zweiten Kondensator CB anfänglich geladen werden. The control device 22 is set to output control signals to the first, second and third switching elements SA, SB and SC as well as the selection switching elements SP1-SP4, for example in response to an actuation for switching on the ignition switch (key switch) of the internal combustion engine when the device is activated, such as it is shown in the first half of the time profiles according to FIG. 4. This process causes the first capacitor CA and the second capacitor CB to be charged initially.

Diese Aktivierungssteuerung ist aus drei Steuerungsschritten zusammengesetzt. Zunächst werden in dem ersten Schritt der Aktivierungssteuerung alle Auswahlschaltelemente SP1-SP4 und das erste Schaltelement SA eingeschaltet. Dieser Vorgang verursacht, dass der erste Kondensator CA und der zweite Kondensator CB sowie die Piezostapel P1-P4 geladen werden. Bei dem zweiten Kondensator CB befindet sich der Anschluss auf der Seite des Schaltelements SA auf einem höheren Potenzial als der Anschluss auf der Seite der Induktivität L während der Periode dieses ersten Schritts der Aktivierungssteuerung, im Gegensatz dazu, wenn das Laden der Piezostapel P1-P4 entsprechend einem Piezostapelexpansionsbefehl gesteuert wird. This activation control is made up of three Steps of control put together. First, in the first step of activation control all Selection switching elements SP1-SP4 and the first switching element SA switched on. This process causes the first capacitor CA and the second capacitor CB as well the piezo stacks P1-P4 are loaded. The second Capacitor CB is the connector on the side of the switching element SA at a higher potential than that Connection on the side of the inductance L during the Period of this first step of activation control, in contrast when loading the piezo stack P1-P4 controlled according to a piezo stack expansion command becomes.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel überschreitet das Potenzial an dem Anschluss auf der Seite des Schaltelements SA nicht eine Spannung zwischen den Anschlüssen des ersten Kondensators CA, da der zweite Kondensator CB in Reihe mit den Piezostapeln P1-P4 geschaltet ist. Zusätzlich kann, da die Kapazitäten des zweiten Kondensators CB und der Piezostapel P1-P4 Spannungen zwischen den Anschlüssen der Piezostapeln P1-P4 definieren, die Kapazität des zweiten Kondensators CB einen derartigen Wert annehmen, dass Ladungsspannungen der Piezostapel P1-P4 nicht zu einer Kompressionskraft führen können, die zum Abheben der Kugel 123 erforderlich ist. Zur Beschränkung der Ladungsspannungen der Piezostapel P1-P4 ist die Kapazität des zweiten Kondensators CB verringert. Der Bereich der Werte, die die Kapazität des zweiten Kondensators CB annehmen kann, wird durch Parallelschalten der Piezostapel P1-P4 zur Verringerung einer kombinierten Kapazität aller Piezostapel P1-P4 verbreitet. According to this exemplary embodiment, the potential at the connection on the side of the switching element SA does not exceed a voltage between the connections of the first capacitor CA, since the second capacitor CB is connected in series with the piezo stacks P1-P4. In addition, since the capacitances of the second capacitor CB and the piezo stack P1-P4 define voltages between the connections of the piezo stack P1-P4, the capacitance of the second capacitor CB can assume such a value that charge voltages of the piezo stack P1-P4 do not lead to a compressive force can, which is required to lift the ball 123 . The capacity of the second capacitor CB is reduced to limit the charge voltages of the piezo stack P1-P4. The range of values that the capacitance of the second capacitor CB can assume is spread by connecting the piezo stacks P1-P4 in parallel to reduce a combined capacitance of all the piezo stacks P1-P4.

Darauffolgend befindet sich in dem zweiten Schritt der Aktivierungssteuerung das dritte Schaltelement SC für eine vorbestimmte Zeitdauer in einem eingeschalteten Zustand. Dies bildet einen geschlossenen Kreis, der sich von dem zweiten Kondensator CB über die Dioden DE und DB erstreckt, und dann wird der zweite Kondensator CB entladen, um eine Spannung zwischen dessen Anschlüssen auf null zu bringen. Die Zeit, bis eine Spannung zwischen den Anschlüssen des zweiten Kondensators CB null erreicht, kann vorab auf der Grundlage einer Zeitkonstanten des vorstehend beschriebenen geschlossenen Kreises berechnet werden. Somit ist es vorteilhaft, die Zeit, während der dieses dritte Schaltelement SC sich in einem eingeschalteten Zustand befindet, länger als die berechnete Zeit einzustellen. The second step is then the Activation control for the third switching element SC a predetermined period of time in an on Status. This forms a closed circle that itself from the second capacitor CB via the diodes DE and DB extends, and then the second capacitor CB discharged to a voltage between its terminals to bring it to zero. The time until a tension between the connections of the second capacitor CB zero can be reached in advance on the basis of a Time constants of the closed described above Circle can be calculated. It is therefore advantageous to Time during which this third switching element SC is in in an on state longer than that set calculated time.

In dem dritten Schritt der Aktivierungssteuerung werden darauffolgend das zweite Schaltelement SB und das dritte Schaltelement SC wiederholt in entgegengesetzter Phase ein- und ausgeschaltet. Folglich werden die Piezostapel P1-P4 zu dem zweiten Kondensator CB hin entladen, wie in dem Fall der Steuerung der Entladungen der Piezostapel P1-P4 in Reaktion auf ein Piezostapelkontraktionsbefehl. Dies bringt den Anschluss des zweiten Kondensators CB auf der Seite der Induktivität L auf ein positives Potenzial und erhöht eine Spannung zwischen den Anschlüssen des zweiten Kondensators CB. Somit kann ein Ladezustand erreicht werden, der die Ladungssteuerung in Reaktion auf einen Piezostapelexpansionsbefehl ermöglicht, und eine die Versorgungskapazität des Gleichspannungswandlers 21 überschreitende Spannung kann an den Anschluss der Induktivität L auf der Seite des zweiten Kondensators CB in Reaktion auf einen Piezostapelexpansionsbefehl angelegt werden. In the third step of the activation control, the second switching element SB and the third switching element SC are subsequently switched on and off in the opposite phase. As a result, the piezo stacks P1-P4 are discharged toward the second capacitor CB, as in the case of controlling the discharges of the piezo stacks P1-P4 in response to a piezo stack contraction command. This brings the connection of the second capacitor CB on the inductor L side to a positive potential and increases a voltage between the connections of the second capacitor CB. Thus, a state of charge can be achieved that enables charge control in response to a piezo stack expansion command, and a voltage exceeding the supply capacity of the DC-DC converter 21 can be applied to the terminal of the inductor L on the side of the second capacitor CB in response to a piezo stack expansion command.

Was die Anzahl angeht, wie oft das zweite und das dritte Schaltelement SB und SC in diesem dritten Schritt der Aktivierungssteuerung ein- und ausgeschaltet werden, ist eine vorbestimmte feste Anzahl aufgrund des Effekts der Diode DG ausreichend genug, wie in dem vorstehend beschriebenen Fall der Steuerung der Entladungen in Reaktion auf einen Piezostapelkontraktionsbefehl. As for the number, how often the second and third Switching element SB and SC in this third step Activation control can be switched on and off a predetermined fixed number due to the effect of Diode DG sufficient enough as in the above described case of controlling the discharges in Response to a piezo stack contraction command.

Daher ist es möglich, die ausgewählten Piezostapel P1-P4 mit ausreichenden Spannungen in Reaktion auf einen Piezostapelexpansionsbefehl zu laden, ohne dass der Gleichspannungswandler 21 vergrößert werden müsste. Therefore, it is possible to charge the selected piezostacks P1-P4 with sufficient voltages in response to a piezostack expansion command without the need to enlarge the DC-DC converter 21 .

Weiterhin wird ein Ladezustand erzielt, in dem der zweite Kondensator CB ein positives Potenzial an dessen Anschluss auf der Seite der Induktivität L aufweist, indem einmal der zweite Kondensator CB und die Piezostapel P1-P4 geladen sowie später der zweite Kondensator CB entladen wird, sowie darauffolgend in den Piezostapeln P1-P4 gespeicherte Ladungen zu dem zweiten Kondensator CB übertragen werden, was den Bedarf nach einer zusätzliche Schaltung zum Laden des zweiten Kondensators CB beseitigt. Daher kann der Aufbau des Geräts sehr einfach sein. Furthermore, a state of charge is achieved in which the second Capacitor CB has a positive potential at its Has connection on the side of the inductance L, by once the second capacitor CB and the Piezo stack P1-P4 loaded and later the second one Capacitor CB is discharged, and subsequently in the Piezo stacks P1-P4 stored charges to the second Capacitor CB are transferred as needed an additional circuit for charging the second Capacitor CB eliminated. Therefore, the structure of the Device can be very simple.

Nachstehend ist der Ladevorgang beschrieben. The charging process is described below.

Die Steuerungseinrichtung 22 ist derart eingerichtet, dass Steuerungssignale zu dem ersten Schaltelement SA und den Auswahlschaltelementen SP1-SP4 ausgegeben werden, wie sie in der letzteren Hälfte der Zeitverläufe gemäß Fig. 4 zum Zeitpunkt des Startens des Einspritzens, d. h. bei Empfang eines Piezostapelexpansionsbefehls gezeigt sind, wobei der ausgewählte Piezostapel geladen werden kann. The control device 22 is set up in such a way that control signals are output to the first switching element SA and the selection switching elements SP1-SP4, as are shown in the latter half of the time profiles according to FIG. 4 at the time of starting the injection, ie when a piezo stack expansion command is received, the selected piezo stack can be loaded.

Beispielsweise wird in Reaktion auf einen Expansionsbefehl für den Piezostapel P1 das Auswahlschaltelement SP1 entsprechend dem Piezostapel P1 eingeschaltet und wird das erste Schaltelement SA wiederholt ein- und ausgeschaltet. Der rechte Halbabschnitt in Fig. 4 zeigt eine Ladezustand des Piezostapels P1. Für eine Zeitdauer, während der das erste Schaltelement SA sich in einem eingeschalteten Zustand befindet, wird ein allmählich ansteigender Ladestrom in den ausgewählten Piezostapel P1 aus dem ersten Kondensator CA und dem zweiten Kondensator CB, die mit dem Schaltelement SA in Reihe geschaltet sind, unter Verwendung des ersten Leitungswegs W1 zum Fließen gebracht. Für die nachfolgende Periode, während der das Schaltelement SA sich in einem ausgeschalteten Zustand befindet, wird ein allmählich abfallender Strom in den Piezostapel P1 in dem Leitungsweg W2 durch die parasitäre Diode DB, die die ersten und zweiten Kondensatoren CA und CB umgeht, zum Fließen gebracht, während die durch die Induktivität L gespeicherte Energie entsprechend der Größe eines Stroms verbraucht wird, der durch die Induktivität L am Ende der Einperiode des Schaltelements SA geflossen ist. For example, in response to an expansion command for the piezo stack P1, the selection switching element SP1 is switched on in accordance with the piezo stack P1 and the first switching element SA is switched on and off repeatedly. The right half section in FIG. 4 shows a state of charge of the piezo stack P1. For a period of time during which the first switching element SA is in an on state, a gradually increasing charging current is used in the selected piezo stack P1 from the first capacitor CA and the second capacitor CB, which are connected in series with the switching element SA of the first route W1 made to flow. For the subsequent period, during which the switching element SA is in an off state, a gradually falling current is made to flow into the piezo stack P1 in the conduction path W2 by the parasitic diode DB, which bypasses the first and second capacitors CA and CB while the energy stored by the inductor L is consumed according to the magnitude of a current which has flowed through the inductor L at the end of the one-period of the switching element SA.

Der Zeitpunkt, zu dem das Schaltelement SA ausgeschaltet wird, liegt vor dem Zeitpunkt, zu dem ein durch die Induktivität L fließender Strom IL Sättigung erreicht. Das Schaltelement SA kann zu dem Zeitpunkt ausgeschaltet werden, wenn ein erfasster Strom von IL eine vorbestimmte obere Grenze von dessen Stromwert erreicht. Zusätzlich wird bezüglich des Zeitpunkts, zu dem die ausgeschaltete Periode zu der eingeschalteten Periode geschaltet wird, das Schaltelement SA zu einem Zeitpunkt eingeschaltet, wenn ein erfasster Strom von IL eine untere Grenze von dessen Stromwert erreicht, die etwa auf null gesetzt ist. Dafür ist eine Einheit 24 zur Erfassung eines durch die Induktivität L fließenden Stroms IL vorgesehen. Beispielsweise können Widerstände mit kleinen Widerstandswerten an einigen mittleren Punkten in den Leitungswegen W1 und W2 zum Erhalt von Informationen bezüglich eines Stroms IL anhand der Spannungen zwischen den Anschlüssen der Widerstände vorgesehen werden. The point in time at which the switching element SA is switched off is before the point in time at which a current IL flowing through the inductance L reaches saturation. The switching element SA can be switched off at the time when a detected current of IL reaches a predetermined upper limit of its current value. In addition, with respect to the time when the off period is switched to the on period, the switching element SA is turned on at a time when a detected current of IL reaches a lower limit of its current value, which is set to approximately zero. For this purpose, a unit 24 is provided for detecting a current IL flowing through the inductance L. For example, resistors with small resistance values can be provided at some middle points in the line paths W1 and W2 to obtain information regarding a current IL based on the voltages between the terminals of the resistors.

Die Ladung des Piezostapels P1 schreitet durch Wiederholung des Ein- und Ausschaltens des Schaltelements SA wie gezeigt voran, wodurch ein Potenzial VP1L an dem Anschluss des Piezostapels P1 auf der Seite der Induktivität L allmählich ansteigt. Im Gegensatz dazu werden die Spannungen zwischen den Anschlüssen der Kondensatoren CA und CB auf unter einen anfänglichen Spannungswert verringert, weshalb das Potenzial VCBL sich verringert. The charge of the piezo stack P1 passes through Repetition of switching the switching element on and off SA advance as shown, creating a potential on the VP1L Connection of the piezo stack P1 on the side of the Inductance L gradually increases. In contrast to the voltages between the terminals of the Capacitors CA and CB on below an initial Voltage value decreased, which is why the potential VCBL reduced.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Kapazität des ersten Kondensators CA groß und ist die Kapazität des zweiten Kondensators CB klein, so dass das Potenzial VCBL sich stark ändert, während das Potenzial des ersten Kondensators CA keine größeren Änderungen zeigt. Wenn eine Ladungsgröße des zweiten Kondensators CB derart ist, dass eine Spannung zwischen den Anschlüssen des zweiten Kondensators CB sich nicht ins Negative zu dem Zeitpunkt ändert, wenn irgendeiner der Piezostapel P1-P4 mit Ladungsgrößen entsprechend von dessen Sollspannungen geladen wird, ist des daher möglich, ein Potenzial oberhalb der Sollspannungen der Piezostapel P1-P4 an dem Anschluss der Induktivität L auf der Seite des Schaltelements SA bei der Ladung der Piezostapel P1-P4 zu gewährleisten. According to this embodiment, the capacity of the first capacitor CA is large and is the capacitance of the second capacitor CB small, so the potential VCBL changes greatly while the potential of the first Capacitor CA shows no major changes. If a charge size of the second capacitor CB is such that a voltage between the terminals of the second Capacitor CB did not turn negative at the time changes if any of the piezostacks P1-P4 with Charge sizes according to its target voltages is therefore possible, a potential above the target voltages of the piezo stack P1-P4 on the Connection of the inductance L on the side of the Switching element SA when charging the piezo stack P1-P4 guarantee.

Wenn das Potenzial VCBL einen gegebenen Wert erreicht, wird das Schaltelement SA in einem ausgeschalteten Zustand festgehalten, und wird dann das Auswahlschaltelement SP1 ausgeschaltet, wodurch die Ladung abgeschlossen wird. Dabei wird das Auswahlschaltelement SP1 zu dem Zeitpunkt ausgeschaltet, wenn ein durch die Induktivität L fließender Strom (der nachstehend in geeigneter Weise als L-Strom bezeichnet ist) einen unteren Grenzstrom davon erreicht, und danach wird der Strom derart betrachtet, als wenn er null geworden wäre. Dies liegt daran, dass das gleichzeitige Ausschalten des Schaltelements SP1 und des Schaltelements SA verursacht, dass ein durch die Induktivität L fließender Strom zu diesem Zeitpunkt überall hingehen kann. When the potential VCBL reaches a given value, the switching element SA is switched off State, and then it becomes Selection switching element SP1 turned off, which the Charge is completed. It will Selection switching element SP1 switched off at the time when a current flowing through the inductor L (the hereinafter appropriately referred to as L-current is) reached a lower limit current thereof, and after that the current is considered to be zero would have become. This is because the simultaneous Switching off the switching element SP1 and the switching element SA causes an inductor L flowing electricity go everywhere at this time can.

Dieses Laden des Piezostapels P1 bringt den Piezostapel P1 in eine Expansion, wodurch die Kugel 123 durch die Versatzvergrößerungskammer 113 gedrückt und gehoben wird. Somit wird die Nadel 121 gehoben, wodurch das Einspritzen gestartet wird. This loading of the piezo stack P1 expands the piezo stack P1, thereby pushing and lifting the ball 123 through the displacement enlargement chamber 113 . Thus, the needle 121 is raised, whereby the injection is started.

Nachstehend ist der Endladevorgang beschrieben. The unloading process is described below.

Die Steuerungseinrichtung 22 gibt Steuerungssignale für das zweite Schaltelement SB und das dritte Schaltelement SC aus, wie es in der ersten, linken Hälfte der Zeitverläufe gemäß Fig. 5 dargestellt ist, um einen Entladung des Piezostapels P1 zu dem Zeitpunkt des Stoppens des Einspritzens, d. h. bei Empfang eines Piezostapelkontraktionsbefehls zu bewirken. The control device 22 outputs control signals for the second switching element SB and the third switching element SC, as shown in the first, left half of the time profiles according to FIG. 5, in order to discharge the piezo stack P1 at the time of stopping the injection, ie at To effect receipt of a piezo stack contraction command.

In Bezug auf den Piezostapelkontraktionsbefehl werden das zweiten Schaltelement SB und das dritte Schaltelement SC in zueinander entgegensetzten Phase wiederholt ein- und ausgeschaltet. Regarding the piezo stack contraction command, that will be second switching element SB and the third switching element SC repeatedly in and in the opposite phase switched off.

Für eine Zeitdauer, während der das zweiten Schaltelement SB sich in einem eingeschalteten Zustand befindet, wird ein allmählich ansteigender Entladestrom aus dem Piezostapel P1 zur Masse über die Induktivität L und das Schaltelement SB unter Verwendung des zweiten Leitungswegs W2 zum Fließen gebracht. Während dieser Periode ist die Diode DE in den Leitungsweg W3 in einer derartigen Richtung eingefügt, dass eine Spannung zwischen beiden Anschlüssen des zweiten Kondensators CB eine Gegenspannung wird, so dass der zweite Kondensator CB nicht entladen wird, wenn sich das Schaltelement SB in einem eingeschalteten Zustand befindet, da die Diode nicht rückwärts leitet. For a period of time during which the second switching element SB is in an on state a gradually increasing discharge current from the Piezo stack P1 to ground via inductance L and that Switching element SB using the second Line route W2 made to flow. During this Period is the diode DE in the line path W3 in one such a direction inserted that a tension between both connections of the second capacitor CB becomes a reverse voltage, so the second capacitor CB is not discharged when the switching element SB is in is in an on state since the diode does not conduct backwards.

Für die darauffolgende Periode, während der sich das dritte Schaltelement SC in einem eingeschalteten Zustand befindet, wird ein allmählich abfallender Freilaufstrom aus dem Piezostapel P1 durch die Induktivität L in den zweiten Kondensator CB, nämlich zur Masse hin, unter Verwendung des ersten Leitungswegs W1 zum Fließen gebracht. For the subsequent period during which the third switching element SC in an on state is a gradually decreasing freewheeling current from the piezo stack P1 through the inductance L in the second capacitor CB, namely to ground, below Using the first route W1 for flow brought.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird wie bei dem Fall des Ladens die Einschaltperiode des zweiten Schaltelements SB auf die Einschaltperiode des dritten Schaltelements SC geschaltet, wenn ein erfasster Strom von IL den oberen Grenzwert erreicht, während die Einschaltperiode des Einschaltelements SC auf die Einschaltperiode des zweiten Schaltelements SB umgeschaltet wird, wenn der erfasste Strom von IL den unteren Grenzwert erreicht. According to this embodiment, as in the case of charging the on period of the second Switching element SB on the on period of the third Switching element SC switched when a detected current of IL reaches the upper limit while the Switch-on period of the switch-on element SC to the Duty cycle of the second switching element SB is switched when the detected current of the IL lower limit reached.

Die Ein-/Ausschaltvorgänge des zweiten Schaltelements SB und des dritten Schaltelements SC werden zu einem Zeitpunkt beendet, wenn die Entladung des Piezostapels P1 abgeschlossen ist. Der Zeitverlauf kann auf das Potenzial VCBL wie in dem Fall des Ladens basieren, oder kann beispielsweise durch Erfassung einer Spannung zwischen den Anschlüssen des Piezostapels P1 bestimmt werden. The on / off operations of the second switching element SB and the third switching element SC become one Time ends when the discharge of the piezo stack P1 is completed. The passage of time can affect the potential VCBL based in the case of loading, or can for example by detecting a voltage between the connections of the piezo stack P1 can be determined.

Dabei ist die Diode DG zwischen dem Anschluss des Piezostapels P1 auf der Seite der Induktivität L und der Masse in einer derartigen Richtung vorgesehen, dass eine Spannung zwischen den Anschlüssen des Piezostapels P1 zu dem Zeitpunkt der Expansion eine Sperrspannung wird, und die Diode DG verhindert, dass der Anschluss des Piezostapels P1 auf der Seite der Induktivität L ein niedrigeres Potenzial hat als auf der Seite des Auswahlschaltelements SP1, so dass es nicht erforderlich ist, den Zeitverlauf mit einer hohen Genauigkeit zu bestimmen. Daher kann zur Vereinfachung die Anzahl, wie oft das zweite Schaltelement SB und das dritte Schaltelement SC bis zur Beendigung der Entladung des Piezostapels P1 in einem Extraktionszustand ein- und ausgeschaltet werden, geschätzt werden, so dass das zweite Schaltelement SB und das dritte Schaltelement SC zu dem Zeitpunkt in einem ausgeschalteten Zustand jeweils festgehalten werden, wenn die Anzahl des Ein- /Ausschaltens dieser Schaltelemente eine derartige Anzahl erreicht, dass die Entladung als abgeschlossen betrachtet werden kann. The DG diode is between the connection of the Piezo stack P1 on the side of the inductance L and the Mass provided in such a direction that a Voltage between the connections of the piezo stack P1 to becomes a reverse voltage at the time of expansion, and the diode DG prevents the connection of the Piezo stack P1 on the side of the inductance L. has lower potential than on the side of the Selector switch element SP1 so that it is not required is, the course of time with high accuracy determine. Therefore, to simplify the number, how often the second switching element SB and the third Switching element SC until the discharge of the Piezo stack P1 on and in an extraction state be turned off, appreciated, so that second switching element SB and the third switching element SC at the time in an off state each be recorded if the number of entries / Switching off these switching elements such a number achieved that the discharge is considered complete can be.

Die Entladung des Piezostapels P1 verursacht die Kontraktion des Piezostapels P1, was eine Kompressionskraft löst, die auf die Kugel 123 aufgrund des Kraftstoffdrucks der Versatzvergrößerungskammer 113 wirkt, so dass die Kugel 123 gesetzt wird. Folglich wird die Nadel 121 zum Stoppen des Einspritzens gesetzt. The discharge of the piezo stack P1 causes the contraction of the piezo stack P1, which releases a compression force that acts on the ball 123 due to the fuel pressure of the displacement enlargement chamber 113 , so that the ball 123 is set. As a result, the needle 121 is set to stop injection.

Danach werden in Reaktion auf Einspritzsignale INJ aus der CPU 31 die Piezostapel P1, P2, P3 und P4 entsprechend den Einspitzzylindern sequenziell der Lade- und Entladesteuerung wie vorstehend beschrieben unterzogen. Beispielsweise zeigt die rechte Hälfte der Fig. 5 die Ladung des Piezostapels P2. Thereafter, in response to injection signals INJ from the CPU 31, the piezo stacks P1, P2, P3 and P4 corresponding to the injection cylinders are sequentially subjected to the charge and discharge control as described above. For example, the right half of FIG. 5 shows the charge of the piezo stack P2.

Zusätzlich kann eine Spannung zwischen den Anschlüssen des zweiten Kondensators CB erfasst werden, um eine Schaltsteuerung des Gleichspannungswandlers 21 derart durchzuführen, dass eine Änderung in der erfassten Spannung zwischen den Anschlüssen vor und nach der Entladung der Piezostapel P1-P4 in Reaktion auf die Piezostapelkontraktionsbefehle ein vorbestimmter Referenzwert wird, und um eine Rückkopplungsregelung derart durchzuführen, dass eine Ladungsgröße des ersten Kondensators CA durch den Gleichspannungswandler 21 erhöht und verringert wird. Da die Spannung zwischen den Anschlüssen des Kondensators CB in diesem Fall unter einer Bedingung erhalten wird, in der das Schaltelement SA geerdet ist (auf Massepotenzial liegt), stellt eine derartige erfasste Spannung zwischen den Anschlüssen genau Ladungsgrößen dar, die aus den Piezostapeln P1-P4 durch den zweiten Kondensator CB entzogen werden. Daher kann der ausgewählte Piezostapel P1-P4 in der Energiegröße mit hoher Genauigkeit gesteuert werden, indem der Gleichspannungswandler 21 derart gesteuert wird, dass diese erfasste Spannung als Referenzwert verwendet wird. In addition, a voltage between the terminals of the second capacitor CB can be detected to perform switching control of the DC-DC converter 21 such that a change in the detected voltage between the terminals before and after the piezo stack P1-P4 is discharged in response to the piezo stack contraction commands Reference value is, and to perform a feedback control such that a charge size of the first capacitor CA is increased and decreased by the DC-DC converter 21 . Since the voltage between the connections of the capacitor CB is obtained in this case under a condition in which the switching element SA is grounded (is at ground potential), such a detected voltage between the connections precisely represents charge quantities that result from the piezo stack P1-P4 be withdrawn by the second capacitor CB. Therefore, the selected piezo stack P1-P4 can be controlled in the energy quantity with high accuracy by controlling the DC-DC converter 21 in such a way that this detected voltage is used as a reference value.

Nachstehend ist ein zweites Ausführungsbeispiel beschrieben. Below is a second embodiment described.

In Fig. 6 ist eine Piezobetätigungsglied- Antriebsschaltung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben. Diese Piezobetätigungsglied- Antriebsschaltung 2A weist denselben grundsätzlichen Aufbau wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auf, unterscheidet sich jedoch von der Piezobetätigungsglied- Antriebsschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass sie eine Diode DF und einen Widerstand R aufweist sowie die Einstellung einer Steuerungseinrichtung 22A sich unterscheidet. Während die Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung an dieser Stelle im Hinblick auf die Unterschiede zwischen dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, sind gleiche Teile, die im Wesentlichen dieselben Funktionen wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausführen, durch dieselben Bezugszeichen wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet. In Fig. 6 is a Piezobetätigungsglied- drive circuit is described according to the second embodiment. This piezo actuator drive circuit 2 A has the same basic structure as according to the first embodiment, but differs from the piezo actuator drive circuit according to the first embodiment in that it has a diode DF and a resistor R and the setting of a control device 22 A differs , While the piezo actuator drive circuit is described here in terms of the differences between the first and second embodiments, like parts that perform substantially the same functions as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment.

Die Diode DF ist zwischen einem Anschluss einer Induktivität L auf der Seite der Piezostapel P1-P4 und einem Anschluss eines ersten Kondensators CA auf der Seite eines ersten Schaltelements SA geschaltet. Die Diode DF weist eine Kathode auf der Seite des ersten Kondensators DA auf und verwendet eine Spannung zwischen den Anschlüssen des ersten Kondensators CA als deren Sperrspannung. The diode DF is between one connection Inductance L on the side of the piezo stack P1-P4 and a connection of a first capacitor CA on the Side of a first switching element SA switched. The Diode DF has a cathode on the side of the first Capacitor DA on and uses a voltage between the terminals of the first capacitor CA as their Blocking voltage.

Der Widerstand R ist zwischen den Anschlüssen der Piezostapel P1-P4 auf der Seite der Induktivität L und der Masse geschaltet. The resistance R is between the terminals of the Piezo stack P1-P4 on the side of the inductance L and the mass switched.

Auch gemäß diesem Ausführungsbeispiel erhält die Steuerungseinrichtung 22A Spannungen VP1D, VP2D, VP3D und VP4D zwischen den Anschlüssen der Piezostapel P1-P4 und bestimmt auf der Grundlage der empfangenen Spannungen zwischen den Anschlüssen, ob die Piezostapel jeweils deren Sollladungsgrößen erreicht haben. Diese Spannungen zwischen den Anschlüssen werden durch Erfassungsschaltungen 25, 26, 27 und 28 erfasst. Also according to this embodiment receives the control device 22 A voltages VP1D, VP2D, VP3D and VP4D between the terminals of the piezo stack P1-P4 and determined on the basis of the received voltages between the terminals if the piezo stack each have reached the target charge sizes. These voltages between the terminals are detected by detection circuits 25 , 26 , 27 and 28 .

Fig. 7 und 8 zeigen Darstellungen zur Veranschaulichung von Betriebszuständen einzelner Teile der Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung 2A. Der Betrieb dieser Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung 2A als auch die Einstellung der Steuerungseinrichtung 22A ist nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 7 und 8 beschrieben. FIGS. 7 and 8 are diagrams illustrating operating states of individual parts of the piezoelectric actuator drive circuit 2 A. The operation of this piezoelectric actuator drive circuit 2 A and the setting of the control device 22 A will be described below with reference to FIGS. 7 and 8.

Die Steuerungseinrichtung 22A führt im Wesentlichen dieselbe Steuerung wie die Steuerungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus, unterscheidet sich jedoch von der Steuerungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer anderen Einstellung der Ladungssteuerung in Reaktion auf einen Piezostapelexpansionsbefehl und durch die Hinzufügung einer neuen Entladungssteuerung, wenn das Gerät gestoppt hat. The control device 22 A performs essentially the same control as the control device according to the first embodiment, but differs from the control device according to the first embodiment in a different setting of the charge control in response to a piezo stack expansion command and by the addition of a new discharge control when the device has stopped.

Nachstehend ist der Ladungsvorgang beschrieben. The charging process is described below.

Fig. 7 zeigt Zeitverläufe in dem Fall der Ladung des Piezostapels P1 in Reaktion auf einen Piezostapelexpansionsbefehl. In dieser Darstellung zeigt eine gepunktete Linie einen Signalverlauf in einem Fall, in dem die Diode DF nicht verwendet wird. Wenn das erste Schaltelement SA wiederholt ein- und ausgeschaltet wird, während ein Auswahlschaltelement SP in derselben Weise wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einen eingeschalteten Zustand gehalten wird, verringern sich ein Potenzial an dem Anschluss des ersten Kondensators CA auf der Seite der Induktivität L und ein Potenzial an dem Anschluss des zweiten Kondensators CB auf der Seite der Induktivität L allmählich, während eine Spannung zwischen den Anschlüssen des Piezostapels P1 allmählich ansteigt. Zusätzlich ist eine Spannung zwischen den Anschlüssen des ersten Kondensators CA derart eingestellt, dass sie gleich einer Sollspannung zwischen den Anschlüssen des Piezostapels P1 ist oder größer ist, so dass ein Strom aus dem zweiten Kondensator CB nicht durch die Diode DF zurückfließen kann. Fig. 7 shows timings in the case of charging the piezo stack P1 in response to a piezo stack expansion command. In this illustration, a dotted line shows a waveform in a case where the diode DF is not used. If the first switching element SA is repeatedly turned on and off while holding a selection switching element SP in an on state in the same manner as in the first embodiment, a potential at the terminal of the first capacitor CA on the inductor L and on side decreases Potential at the terminal of the second capacitor CB on the inductance L side gradually, while a voltage between the terminals of the piezo stack P1 gradually increases. In addition, a voltage between the connections of the first capacitor CA is set such that it is equal to or greater than a target voltage between the connections of the piezo stack P1, so that a current from the second capacitor CB cannot flow back through the diode DF.

Wenn eine Spannung zwischen den Anschlüssen des Piezostapels P1 eine Sollspannung Vtg zu einem Zeitpunkt t1 erreicht, werden das Schaltelement SA und das Auswahlschaltelement SP1 ausgeschaltet. If there is a voltage between the terminals of the Piezo stack P1 a target voltage Vtg at a time T1 reached, the switching element SA and that Selection switching element SP1 switched off.

Zu diesem Zeitpunkt fließt, falls ein Strom durch die Induktivität L fließt (die Induktivität L speichert nämlich magnetische Energie), ein Freilaufstrom IDF durch die Diode DF in den ersten Kondensator CA, während die durch die Induktivität L gespeicherte magnetische Energie verbraucht wird, in einem geschlossenen Kreis, der sich durch die Induktivität L, die Diode DF, den ersten Kondensator CA und eine parasitäre Diode DB erstreckt. At this time, if a current flows through the Inductance L flows (the inductance L stores namely magnetic energy), a freewheeling current IDF through the diode DF in the first capacitor CA, while the magnetic energy stored by inductance L. is consumed in a closed circle that is through the inductance L, the diode DF, the first Capacitor CA and a parasitic diode DB extends.

Im Gegensatz dazu ist es in einem Fall, in dem die Antriebsschaltung SA keine Diode DF aufweist, es nicht geeignet, das Auswahlschaltelement SP1 während einer Periode auszuschalten, in der ein Strom durch die Induktivität L fließt, selbst falls das erste Schaltelement SA zu dem Zeitpunkt ausgeschaltet wird, wenn eine Spannung zwischen den Anschlüssen des Piezostapels P1 die Sollspannung erreicht, wie es gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Folglich fließt ein durch die Induktivität L fließender Strom in den Piezostapel P1, wodurch eine Spannung zwischen den Anschlüssen des Piezostapels P1 in Bezug auf die Sollspannung übermäßig groß wird. Da diese übermäßige Spannungsgröße in Abhängigkeit von einer Temperaturbedingung des Geräts und dergleichen sich ändert, kann diese durch eine Offset-Korrektur oder dergleichen nicht vollständig beseitigt werden. In contrast, it is in a case where the Drive circuit SA has no diode DF, it does not suitable, the selection switching element SP1 during a Turn off period in which a current through the Inductance L flows even if the first one Switching element SA is switched off at the time if there is a voltage between the terminals of the Piezo stack P1 reaches the target voltage as per the first embodiment is described. consequently a current flows through the inductance L. the piezo stack P1, creating a voltage between the Connections of the piezo stack P1 in relation to the Target voltage becomes excessively large. Because this is excessive Voltage magnitude depending on one Temperature condition of the device and the like itself changes, this can be done by an offset correction or the like cannot be completely eliminated.

Demgegenüber wird bei dieser Piezobetätigungsglied- Antriebsschaltung 2A, selbst wenn das erste Schaltelement SA und das Auswahlschaltelement SP1 in einem ausgeschalteten Zustand gehalten werden, um eine Überladung des Piezostapel P1 zu einem Zeitpunkt zu vermeiden, wenn eine Spannung zwischen den Anschlüssen des Piezostapels P1 die Sollspannung erreicht, ein durch die Induktivität L fließender Strom durch die Diode DF durch den ersten Kondensator CA entnommen, so dass es möglich ist, eine Ladungskontrolle mit höherer Genauigkeit und Verbesserung ihres Energiewirkungsgrads zu verwirklichen. In contrast, this piezo actuator drive circuit 2 A, even if the first switching element SA and the selection switching element SP1 are kept in a switched-off state, in order to avoid overloading the piezo stack P1 at a time when a voltage between the connections of the piezo stack P1 is the target voltage reached, a current flowing through the inductance L through the diode DF is taken out through the first capacitor CA, so that it is possible to carry out a charge control with greater accuracy and improvement in its energy efficiency.

Nachstehend ist ein Abschaltvorgang (shut down operation) beschrieben. Below is a shut down operation described.

Fig. 8 zeigt Zeitverläufe, die Vorgänge in einem Fall des Abschaltens des Betriebs des Geräts veranschaulichen, beispielsweise wenn die Brennkraftmaschine abgeschaltet wird. Zunächst wird das erste Schaltelement SA eingeschaltet. Dies verursacht, dass ein Strom durch einen Stromweg fließt, der durch den ersten Kondensator CA, das erste Schaltelement SA, den zweiten Kondensator CB, die Induktivität L und den Widerstand R sich erstreckt. Durch den Widerstand R erzeugte Wärme (Joule- Wärme) verringert die in dem ersten Kondensator CA und den zweiten Kondensator CB bespeicherte Energie. Dabei tritt in dem zweiten Kondensator CB mit geringer Kapazität ein starker Spannungsabfall auf, und der Anschluss auf der Seite der Induktivität L wird in Bezug auf den Anschluss auf der Seite des Schaltelements SA elektrisch negativ. FIG. 8 shows timings that illustrate operations in a case where the operation of the device is shut down, for example, when the engine is shut down. First, the first switching element SA is switched on. This causes a current to flow through a current path that extends through the first capacitor CA, the first switching element SA, the second capacitor CB, the inductor L, and the resistor R. Heat generated by the resistor R (Joule heat) reduces the energy stored in the first capacitor CA and the second capacitor CB. A large voltage drop occurs in the second capacitor CB with low capacitance, and the connection on the inductor L side becomes electrically negative with respect to the connection on the switching element SA side.

Zu einem Zeitpunkt t1, wenn das Potenzial VCBL null wird, wird das erste Schaltelement SA ausgeschaltet und wird das dritte Schaltelement SC eingeschaltet. Dies verursacht eine Entladung des zweiten Kondensators CB. At a time t1 when the potential VCBL becomes zero, the first switching element SA is switched off and is the third switching element SC turned on. This causes the second capacitor CB to discharge.

Darauffolgend wird zu einem Zeitpunkt t2 das dritte Schaltelement SC ausgeschaltet und wird das erste Schaltelement SA eingeschaltet. Dann erzeugt der Widerstand R Wärme (Joule-Wärme) und wird eine Spannung zwischen den Anschlüssen des ersten Kondensators CA weiter verringert, wodurch die Ladungen zu dem zweiten Kondensator CB übertragen werden. Somit verringert ein wiederholtes Ein- und Ausschalten des ersten Schaltelements SA und des dritten Schaltelements SC in zueinander entgegengesetzter Phase Spannungen zwischen den Anschlüssen jeweils des ersten Kondensators CA und des zweiten Kondensators CB, und beide werden null wie bei dem in Fig. 8 gezeigten Beispiel. Subsequently, the third switching element SC is switched off at a time t2 and the first switching element SA is switched on. Then, the resistor R generates heat (Joule heat) and a voltage between the terminals of the first capacitor CA is further reduced, whereby the charges are transferred to the second capacitor CB. Thus, repeatedly turning the first switching element SA and the third switching element SC on and off in opposite phase reduces voltages between the terminals of the first capacitor CA and the second capacitor CB, respectively, and both become zero as in the example shown in FIG. 8.

Somit ist es möglich, das Gerät abzuschalten, ohne dass in den Kondensatoren CA und CB sowie den Piezostapeln P1-P4 Ladung verbleibt, selbst wenn der ersten Kondensator CA und der zweite Kondensator CB, die in Reihe geschaltet sind, eine unterschiedliche Ladungsgröße aufweisen. Folglich kann zusätzliche Arbeit zur Entladung der Kondensatoren CA und CB beispielsweise bei der Wartung entfallen. It is therefore possible to switch off the device without in the capacitors CA and CB as well as the piezo stack P1-P4 charge remains even when the first capacitor CA and the second capacitor CB connected in series are of a different charge size. Consequently, additional work can be done to discharge the Capacitors CA and CB, for example during maintenance omitted.

Weiterhin werden die Piezostapel P1-P4 derart aufgeladen, dass ihre Anschlüsse auf der Seite der Induktivität L ein höheres Potenzial in Bezug auf die Anschlüsse auf der Seite der Auswahlschaltelemente SP1-SP4 aufweisen, so dass selbst dann, wenn Ladung darin verbleibt, die verbleibende Ladung durch den Widerstand R heraus zu der Masse fließen kann, da die Spannungen zwischen den Anschlüssen der Piezostapel P1-P4 vorwärts gerichtete Vorspannungen in Bezug auf die parasitären Auswahldioden DP1-DP4 werden können. Dies ermöglicht, dass die Ladungen in den Piezostapeln P1-P4 entweichen können, beispielsweise selbst in einem Fall, wenn Ladungen spontan durch Fluktuationen in der Temperatur in den Piezostapeln P1-P4 erzeugt worden sind. Furthermore, the piezo stack P1-P4 are charged in such a way that their connections on the side of the inductor L. higher potential in terms of connections on the Side of the selector switch elements SP1-SP4, so that even if charge remains in it, the remaining charge through the resistor R out to the Mass can flow because the tensions between the Connections of the piezo stack P1-P4 forward Biases related to the parasitic selection diodes Can become DP1-DP4. This enables the charges can escape in the piezo stacks P1-P4, for example even in a case when charges spontaneously due to fluctuations in temperature in the Piezo stacks P1-P4 have been generated.

Außerdem ist es möglich ein Verbleib von Ladungen in den Piezostapeln P1-P4 zu vermeiden, weshalb ein Fehler in der Aufladungssteuerung aufgrund der verbleibenden Ladung eingeschränkt werden kann. It is also possible for loads to remain in the Avoid piezo stacks P1-P4, which is why an error in charge control due to remaining charge can be restricted.

Dabei tritt der Entladungseffekt des Widerstands R ebenfalls während der Einspritzung von Kraftstoff auf. Daher wird ein Widerstandswert des Widerstands R derart ausgewählt, dass der ausgewählte Piezostapel P1-P4 einen Expansionszustand während der längsten Einspritzzeitdauer beibehalten kann. Weiterhin werden, während Ladungen aufgrund von Temperaturänderungen und dergleichen in den Piezostapeln P1-P4 auftreten, diese Ladungen über den Widerstand R entladen. Da die Umgebungstemperatur langsam fluktuiert, kann eine ausreichend lange Zeit zur Entladung der Piezostapel P1-P4 im Vergleich zu der Zeit genommen werden, die zum Halten ihrer Expansionszustände erforderlich ist. Daher wird eine Zeitkonstante eines geschlossenen Kreises, der sich durch den Piezostapel P1-P4, den Widerstand R und das Auswahlschaltelement SP1-SP4 erstreckt, derart eingestellt, dass der Piezostapel P1-P4 seinen Expansionszustand ohne Probleme halten kann und keine Ladung aufgrund von Temperaturfluktuationen und dergleichen verbleibt. The discharge effect of the resistor R occurs also during fuel injection. Therefore, a resistance value of the resistance R becomes such selected that the selected piezo stack P1-P4 one Expansion state during the longest injection period can maintain. Will continue while charges due to temperature changes and the like in the Piezo stacks P1-P4 occur these charges over the Discharge resistor R. Because the ambient temperature is slow fluctuates, can take a long enough time Discharge of the piezo stack P1-P4 compared to the time be taken to keep their expansion states is required. Therefore, a time constant becomes one closed circle that extends through the piezo stack P1-P4, the resistor R and the selection switching element SP1-SP4 extends, set such that the piezo stack P1-P4 can maintain its state of expansion without problems and no charge due to temperature fluctuations and the like remains.

Obwohl gemäß diesem Ausführungsbeispiel Ladungen in den Kondensatoren CA und CB durch wiederholtes Ein- und Ausschalten des ersten Schaltelements SA und des dritten Schaltelements SC entladen werden, ist die Erfindung nicht derart beschränkt, und derartige Ladungen können entladen werden, während die Stromwerte mit dem Widerstand R beschränkt werden. Although according to this embodiment, charges in the Capacitors CA and CB by repeated input and Turn off the first switching element SA and the third Switching element SC are discharged is the invention not so limited, and such charges can be discharged while the current values with the Resistor R can be limited.

Obwohl gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die Anwendung in einem Kraftstoffeinspritzgerät beschrieben worden ist, kann die Erfindung auf eine Piezobetätigungsglied- Antriebsschaltung zum Antrieb eines Piezobetätigungsglieds angewandt werden, der für andere Anwendungen verwendet wird. Although according to those described above Embodiments the application in one Fuel injector has been described, the Invention on a piezo actuator Drive circuit for driving a Piezo actuator can be applied to others Applications is used.

Obwohl die Erfindung in Zusammenhang mit deren bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben worden ist, sei bemerkt, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen für den Fachmann deutlich sind. Solche Änderungen und Modifikationen sind als in dem Umfang der in den beigefügten Ansprüchen definierten Erfindung als enthalten zu verstehen. Although the invention is related to their preferred embodiments with reference to the accompanying drawing has been described noticed that various changes and modifications are clear to the expert. Such changes and Modifications are considered to be within the scope of the attached claims defined invention as included to understand.

Vorstehend wurde eine Piezobetätigungsglied- Antriebsschaltung angegeben, die einen ersten Kondensator (CA), der durch eine Gleichspannungsversorgung (21) vor einem Laden von Piezostapeln (P1-P4) geladen wird, einen zweiten Kondensator (CB), der in Reihe mit dem ersten Kondensator (CA) geschaltet ist, und eine Diode (DB) aufweist, die zwischen einem Anschluss des zweiten Kondensators (CB) auf der Seite einer Induktivität (L) und der Masse geschaltet ist, so dass ein Freilaufstrom der Induktivität zu den Piezostapeln zum Fließen gebracht wird. In der Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung wird ein Schalter (SA) wiederholt ein- und ausgeschaltet, um allmählich die Piezostapel aus den zwei Kondensatoren (CA, CB) zu laden, wobei die Steuerbarkeit der Energie verbessert wird. Erfindungsgemäß kann die zum Laden erforderliche Zeit ohne Vergrößerung der Gleichspannungsversorgung verringert werden. In the foregoing, a piezo actuator drive circuit has been provided which includes a first capacitor (CA) which is charged by a DC power supply ( 21 ) prior to charging piezo stacks (P1-P4), a second capacitor (CB) which is in series with the first capacitor (CA) is connected, and has a diode (DB), which is connected between a connection of the second capacitor (CB) on the side of an inductor (L) and the ground, so that a freewheeling current of the inductor is caused to flow to the piezo stack becomes. In the piezo actuator drive circuit, a switch (SA) is repeatedly turned on and off to gradually charge the piezo stack from the two capacitors (CA, CB), thereby improving the controllability of the energy. According to the invention, the time required for charging can be reduced without increasing the DC voltage supply.

Claims (8)

1. Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung mit
einer Gleichspannungsversorgung (B, 21),
einem ersten Kondensator (CA), der parallel mit der Gleichspannungsversorgung geschaltet ist und durch die Gleichspannungsversorgung geladen wird,
Piezobetätigungsgliedern,
Piezostapeln (P1, P2, P3, P4), die jeweils in den Piezobetätigungsgliedern enthalten sind,
einem Leitungsweg, der den ersten Kondensator (CA) und die Piezostapel verbindet,
einer Steuerungseinheit (22),
einer Induktivität (L), die an einem Zwischenpunkt in dem Leitungsweg vorgesehen ist,
einer ersten Schalteinheit (SA), die an einem Zwischenpunkt in dem Leitungsweg vorgesehen ist, wobei die erste Schalteinheit (SA) den ersten Kondensator (CA) und die Induktivität (L) unter der Steuerung der Steuerungseinheit (22) voneinander trennt und miteinander verbindet,
einem zweiten Kondensator (CB), der vorgesehen ist und in Reihe mit dem ersten Kondensator (CA) zwischen der ersten Schalteinheit (SA) und der Induktivität (L) geschaltet ist, und
einer Diode (DB), die zur Verbindung eines Anschlusses des zweiten Kondensators (CB) auf der Seite der Induktivität (L) und der Masse vorgesehen ist,
wobei die Diode (DB) eine Durchlassrichtung aufweist, die dieselbe wie eine Richtung ist, in der ein Ladestrom aus der Induktivität (L) in die Piezostapel über die Diode fließt, und
die Steuerungseinheit (22) zum wiederholten Ein- und Ausschalten der ersten Schalteinheit (SA) in Reaktion auf einen Piezostapelexpansionsbefehl eingerichtet ist, um die Piezostapel zu laden.
1. Piezo actuator drive circuit with
a DC voltage supply (B, 21 ),
a first capacitor (CA), which is connected in parallel with the DC voltage supply and is charged by the DC voltage supply,
Piezo actuators,
Piezo stacks (P1, P2, P3, P4), which are each contained in the piezo actuators,
a line path that connects the first capacitor (CA) and the piezo stack,
a control unit ( 22 ),
an inductance (L) provided at an intermediate point in the conduction path,
a first switching unit (SA), which is provided at an intermediate point in the line path, the first switching unit (SA) separating and connecting the first capacitor (CA) and the inductance (L) under the control of the control unit ( 22 ),
a second capacitor (CB) which is provided and is connected in series with the first capacitor (CA) between the first switching unit (SA) and the inductance (L), and
a diode (DB), which is provided for connecting a connection of the second capacitor (CB) on the side of the inductance (L) and the ground,
wherein the diode (DB) has a forward direction that is the same as a direction in which a charging current flows from the inductance (L) into the piezo stack via the diode, and
the control unit ( 22 ) is set up to repeatedly switch the first switching unit (SA) on and off in response to a piezo stack expansion command in order to load the piezo stack.
2. Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung nach Anspruch 1, weiterhin mit
einem Leitungsweg (W3), der zur Umgehung des ersten Kondensators und der ersten Schalteinheit (SA) und zur Verbindung eines Anschlusses des zweiten Kondensators auf der Seite der ersten Schalteinheit mit der Masse vorgesehen ist,
einer zweiten Schalteinheit (SB), die parallel zu der Diode geschaltet ist, und
einer dritten Schalteinheit (SC), die zum Öffnen und Schließen des Leitungswegs (W3) vorgesehen ist,
wobei die Steuerungseinheit (22) als eine Steuerungseinheit zur Steuerung der zweiten Schalteinheit und der dritten Schalteinheit als auch der ersten Schalteinheit verwendet wird, und
die Steuerungseinheit (22) eingerichtet ist, auf einen Piezostapelkontraktionsbefehl und zum Ausschalten der ersten Schalteinheit zu reagieren, die dritte Schalteinheit einzuschalten und die zweite Schalteinheit wiederholt ein- und auszuschalten, wodurch veranlasst wird, dass die Piezostapel zu dem zweiten Kondensator hin entladen werden.
2. Piezo actuator drive circuit according to claim 1, further comprising
a line path (W3) which is provided to bypass the first capacitor and the first switching unit (SA) and to connect a connection of the second capacitor on the side of the first switching unit to the ground,
a second switching unit (SB) which is connected in parallel to the diode, and
a third switching unit (SC), which is provided for opening and closing the line path (W3),
wherein the control unit ( 22 ) is used as a control unit for controlling the second switching unit and the third switching unit as well as the first switching unit, and
the control unit ( 22 ) is set up to respond to a piezo stack contraction command and to switch off the first switching unit, to switch on the third switching unit and to switch the second switching unit on and off repeatedly, thereby causing the piezo stack to be discharged towards the second capacitor.
3. Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerungseinheit (22) eingerichtet ist, auf einen Piezostapelexpansionsbefehl zu reagieren und die erste Schalteinheit (SA) in einen ausgeschalteten Zustand festzuhalten, wenn ein Potenzial an dem Anschluss des zweiten Kondensators auf der Seite der Induktivität einen vorbestimmten Wert erreicht. 3. Piezo actuator drive circuit according to claim 1 or 2, wherein the control unit ( 22 ) is configured to respond to a piezo stack expansion command and to hold the first switching unit (SA) in an off state when a potential at the connection of the second capacitor on the side the inductance reaches a predetermined value. 4. Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung nach Anspruch 3, wobei die Steuerungseinheit (22) als eine Steuerungseinheit zur Steuerung der
Gleichspannungsversorgung (B, 21) verwendet ist, und
die Steuerungseinheit (22) eingerichtet ist, eine Ladungsmenge des ersten Kondensators, der durch die Gleichspannungsversorgung aufgeladen wird, derart zu erhöhen und zu verringern, dass eine Änderung in einer Spannung zwischen den Anschlüssen des zweiten
Kondensators vor und nach der Entladung der Piezostapel in Reaktion auf einen Piezostapelkontraktionsbefehl ein vorbestimmter Referenzwert wird.
4. Piezo actuator drive circuit according to claim 3, wherein the control unit ( 22 ) as a control unit for controlling the
DC voltage supply (B, 21 ) is used, and
the control unit ( 22 ) is set up to increase and decrease a charge amount of the first capacitor which is charged by the DC voltage supply such that a change in a voltage between the terminals of the second
Capacitor before and after discharging the piezo stack in response to a piezo stack contraction command becomes a predetermined reference value.
5. Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung nach Anspruch 1, weiterhin mit
Abtrenn-Schalteinheiten (SP1, SP2, SP3, SP4), die zum Abtrennen der Piezostapel von dem Leitungsweg vorgesehen sind, und
einer Diode (DF), die zur Verbindung eines Anschlusses des ersten Kondensators auf der Seite der Schalteinheit, die zum Abtrennen und Verbinden des ersten Kondensators und der Induktivität vorgesehen ist, mit einem Anschluss der Induktivität auf der Seite der Piezostapel vorgesehen ist, wobei die Diode eine derartige Richtung aufweist, dass eine Spannung zwischen beiden Anschlüssen des ersten Kondensators eine Sperrspannung wird,
wobei die Steuerungseinheit (22) als eine Steuerungseinheit zur Steuerung der Abtrenn-Schalteinheit verwendet wird, und
die Steuerungseinheit (22) eingerichtet ist, die Abtrenn-Schalteinheit auszuschalten und die Piezostapel von dem Leitungsweg abzutrennen, wenn die Aufladung der Piezostapel abgeschlossen ist.
5. Piezo actuator drive circuit according to claim 1, further comprising
Disconnect switching units (SP1, SP2, SP3, SP4) which are provided for separating the piezo stack from the line path, and
a diode (DF), which is provided for connecting a connection of the first capacitor on the side of the switching unit, which is provided for separating and connecting the first capacitor and the inductor, to a connection of the inductance on the side of the piezo stack, the diode has a direction such that a voltage between the two connections of the first capacitor becomes a reverse voltage,
wherein the control unit ( 22 ) is used as a control unit for controlling the disconnection switching unit, and
the control unit ( 22 ) is set up to switch off the disconnection switching unit and to disconnect the piezo stack from the line path when the charging of the piezo stack has been completed.
6. Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung nach Anspruch 1, weiterhin mit
einem Leitungsweg (W3), der zur Umgehung des ersten Kondensators und der ersten Schalteinheit (SA) und zur Verbindung eines Anschlusses des zweiten Kondensators auf der Seite der ersten Schalteinheit mit der Masse vorgesehen ist,
einer zweiten Schalteinheit (SB), die parallel zu der Diode geschaltet ist, und
einer dritten Schalteinheit (SC), die zum Öffnen und Schließen des Leitungswegs (W3) vorgesehen ist,
wobei die Steuerungseinheit (22) als eine Steuerungseinheit zur Steuerung der zweiten Schalteinheit und der dritten Schalteinheit als auch der ersten Schalteinheit verwendet wird, und
die Steuerungseinrichtung (22) eingerichtet ist, durchzuführen:
einen ersten Schritt einer Aktivierungssteuerung einschließlich Einschalten der ersten Schalteinheit, wobei die zweite Schalteinheit und die dritte Schalteinheit in einem ausgeschalteten Zustand sind, zu einem Zeitpunkt der Aktivierung eines Geräts zum Laden der Piezostapel,
einen zweiten Schritt der Aktivierungssteuerung, der dem ersten Schritt der Aktivierungssteuerung nachfolgt, einschließlich Ausschalten der ersten Schalteinheit und Einschalten der dritten Schalteinheit, um eine Entladung des zweiten Kondensators zu bewirken, und
einen dritten Schritt der Aktivierungssteuerung, der dem zweiten Schritt der Aktivierungssteuerung nachfolgt, einschließlich Einschalten der dritten Schalteinheit und wiederholtes Ein- und Ausschalten der zweiten Schalteinheit, um ein Entladen der Piezostapel zu dem zweiten Kondensator hin zu bewirken.
6. Piezo actuator drive circuit according to claim 1, further comprising
a line path (W3) which is provided to bypass the first capacitor and the first switching unit (SA) and to connect a connection of the second capacitor on the side of the first switching unit to the ground,
a second switching unit (SB) which is connected in parallel to the diode, and
a third switching unit (SC), which is provided for opening and closing the line path (W3),
wherein the control unit ( 22 ) is used as a control unit for controlling the second switching unit and the third switching unit as well as the first switching unit, and
the control device ( 22 ) is set up to carry out:
a first step of an activation control including switching on the first switching unit, the second switching unit and the third switching unit being in a switched-off state at the time of activation of a device for charging the piezo stack,
a second step of activation control that follows the first step of activation control, including turning off the first switching unit and turning on the third switching unit to cause the second capacitor to discharge, and
a third step of the activation control that follows the second step of the activation control, including switching on the third switching unit and repeatedly switching the second switching unit on and off in order to cause the piezo stack to be discharged towards the second capacitor.
7. Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung mit
einer Gleichspannungsversorgung (B, 21),
einem ersten Kondensator (CA), der parallel mit der Gleichspannungsversorgung geschaltet ist und durch die Gleichspannungsversorgung geladen wird,
Piezobetätigungsgliedern,
Piezostapeln (P1, P2, P3, P4), die jeweils in den Piezobetätigungsgliedern enthalten sind,
einem Leitungsweg, der den ersten Kondensator (CA) und die Piezostapel verbindet,
einer Induktivität (L), die an einem Zwischenpunkt in dem Leitungsweg vorgesehen ist,
einer Schalteinheit (SA), die an einem Zwischenpunkt
in dem Leitungsweg vorgesehen ist, wobei die Schalteinheit (SA) den ersten Kondensator (CA) und die Induktivität (L) voneinander trennt und miteinander verbindet, und
einem Widerstand (R), der parallel zu den Piezostapeln geschaltet ist.
7. Piezo actuator drive circuit with
a DC voltage supply (B, 21 ),
a first capacitor (CA), which is connected in parallel with the DC voltage supply and is charged by the DC voltage supply,
Piezo actuators,
Piezo stacks (P1, P2, P3, P4), which are each contained in the piezo actuators,
a line path that connects the first capacitor (CA) and the piezo stack,
an inductance (L) provided at an intermediate point in the conduction path,
a switching unit (SA) at an intermediate point
is provided in the line path, the switching unit (SA) separating and connecting the first capacitor (CA) and the inductance (L), and
a resistor (R), which is connected in parallel to the piezo stack.
8. Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung nach Anspruch 7, weiterhin mit
einem zweiten Kondensator (CB), der vorgesehen ist und in Reihe mit dem ersten Kondensator (CA) zwischen der ersten Schalteinheit (SA) und der Induktivität (L) geschaltet ist,
einer Diode (DB), die zur Verbindung eines Anschlusses des zweiten Kondensators (CB) auf der Seite der Induktivität (L) und der Masse vorgesehen ist, wobei die Diode (DB) eine Durchlassrichtung aufweist, die dieselbe wie eine Richtung ist, in der ein zum Laden der Piezostapel verwendeter Ladestrom aus der Induktivität (L) in die Piezostapel über die Diode fließt,
einem Leitungsweg (W3), der zur Verbindung eines Anschlusses des zweiten Kondensators auf der Seite der Schalteinheit (SA) mit der Masse vorgesehen ist,
einer zweiten Schalteinheit (SB), die parallel zu der Diode geschaltet ist, und
einer Schalteinheit (SC), die zum Öffnen und Schließen des Leitungswegs vorgesehen ist, und
einer Steuerungseinheit (22), die eingerichtet ist, wiederholt die Schalteinheiten in zueinander entgegengesetzter Phase ein- und auszuschalten.
8. Piezo actuator drive circuit according to claim 7, further comprising
a second capacitor (CB) which is provided and is connected in series with the first capacitor (CA) between the first switching unit (SA) and the inductor (L),
a diode (DB) which is provided for connecting a connection of the second capacitor (CB) on the inductor (L) and the ground side, the diode (DB) having a forward direction which is the same as a direction in which a charging current used to charge the piezo stack flows from the inductance (L) into the piezo stack via the diode,
a line path (W3) which is provided for connecting a connection of the second capacitor on the side of the switching unit (SA) to the ground,
a second switching unit (SB) which is connected in parallel to the diode, and
a switching unit (SC), which is provided for opening and closing the line path, and
A control unit ( 22 ) which is set up to repeatedly switch the switching units on and off in the opposite phase to one another.
DE2002145135 2001-09-28 2002-09-27 Piezo actuator drive circuit for internal combustion engine, has diode connected between inductor and capacitor to pass flywheel current of inductor to piezo stacks Ceased DE10245135A1 (en)

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