DE10314566A1

DE10314566A1 - Ansteuerschaltung für piezoelektrische Bauteile

Info

Publication number: DE10314566A1
Application number: DE2003114566
Authority: DE
Inventors: Noboru Nagase
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-04-01
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2003-11-13
Also published as: JP2003299369A; JP4045834B2

Abstract

Eine Ansteuerschaltung für piezoelektrische Bauteile kann zur Betätigung der Kraftstoff-Einspritzventile der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs Verwendung finden. Die Ansteuerschaltung umfasst eine Spannungsverstärkungsschaltung, die zwischen einem Hochpotentialanschluss eines piezoelektrischen Bauteils und einem Hochpotentialanschluss eines Kondensators angeordnet ist. Die Spannungsverstärkungsschaltung wird von einem Zerhacker-Gleichspannungswandler gebildet. Ein MOS-Transistor ist am Verbindungspunkt des Gleichspannungswandlers, des piezoelektrischen Bauteils und einer Batterie angeordnet. Dieser MOS-Transistor wird durchgeschaltet, wenn der Kondensator über die Batterie aufgeladen wird, wodurch die Verlustleistung und eine unerwünschte Wärmeerzeugung verringert werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Ansteuerschaltung für piezoelektrische Bauteile, d. h., eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung bzw. Betätigung piezoelektrischer Bauelemente, und betrifft insbesondere einen verbesserten Aufbau einer solchen Ansteuerschaltung, durch den elektromagnetisches Strahlungsrauschen minimal gehalten werden kann.
Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer bekannten Ansteuerschaltung für ein piezoelektrisches Stellglied (Aktor) aufweisende und nachstehend vereinfacht als Kraftstoffinjektoren bezeichnete Kraftstoffeinspritzeinrichtungen oder -ventile für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen (die auch als Piezo-Injektoren bezeichnet werden).
Die Ansteuerschaltung 1 wird von einer Batterie 2 mit Strom versorgt und führt piezoelektrischen Bauteilen oder Bauelementen 3 bis 6 über eine Ausgangsleitung L für eine jeweils erforderliche Zeitdauer eine hohe Spannung zu.
Die Ansteuerschaltung 1 besteht im wesentlichen aus einer zur Spannungserhöhung dienenden Spannungsverstärkungsschaltung 8, einer Rückstrom- Sperr/Ladeschaltung 9, einer Glättungsschaltung 10, einer Zylinder-Wählschaltung 11 und einem Gleichspannungswandler 100.
Wenn bei der jeweiligen Durchschaltung von MOS-Transistoren 16 bis 19 der Zylinder-Wählschaltung 11 ein Ladeschalter 13 der Spannungsverstärkungsschaltung 8 zyklisch ein- und ausgeschaltet wird, findet über einen Kondensator (oder eine Zelle) 15 die Aufladung eines entsprechenden piezoelektrischen Bauteils der piezoelektrischen Bauteile bis 6 zur Öffnung eines Kraftstoff-Einspritzventils statt. Wenn ein Entladeschalter 14 der Spannungsverstärkungsschaltung 8 zyklisch ein- und ausgeschaltet wird, wird hierdurch eine Entladung eines entsprechenden piezoelektrischen Bauteils der piezoelektrischen Bauteile 3 bis 6 herbeigeführt, sodass der Kondensator 15 teilweise aufgeladen wird. Diese Entladung der piezoelektrischen Bauteile 3 bis 6 endet, wenn die Rückstrom-Sperr/Ladeschaltung 9 (d. h., eine Diode) durchgeschaltet bzw. leitend wird, sodass die Spannung an der Ausgangsleitung L einen Pegel annimmt, der um den Dioden-Durchlassspannungsabfall unter der Batteriespannung liegt. Der Gleichspannungswandler 100 lädt den Kondensator 15 auf eine hohe Spannung während einer Zeitdauer auf, bei der dieser Lade- oder Entladevorgang der piezoelektrischen Bauteile 3 bis 6 nicht erfolgt.
Aus der japanischen Offenlegungsschrift 2000-236 121 ist ein System bekannt, das zur Aufrechterhaltung der Entladung der piezoelektrischen Bauteile 3 bis 6 der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung ausgestaltet ist, nachdem die Spannung an der Ausgangsleitung L den um den Dioden- Durchlassspannungsabfall unter der Batteriespannung liegenden Pegel erreicht, um auf diese Weise den Kondensator 15 über die Batterie 2 aufzuladen, sodass der Gleichspannungswandler 100 nicht mehr erforderlich ist. Außerdem kann auch eine Aufladung des Kondensators 15 über die Rückstrom-Sperr/Ladeschaltung 9 vor einer Betätigung des Gleichspannungswandlers 100 erfolgen. Nachstehend wird ein System, bei dem eine Aufladung oder Spannungsanhebung des Kondensators 15 durch die Batterie 2 über die Rückstrom-Sperr/Lageschaltung 9 erfolgt, allgemein als Piezoelement-Ansteuerschaltung mit Aufladungsanhebung (Ladespannungsanhebung) bezeichnet.
Das aus dieser Druckschrift bekannte System umfasst ein mit der Diode D in der Rückstrom-Sperr/Ladeschaltung 9 in Reihe geschaltetes Schaltelement zur Einstellung der Spannung, bei der die piezoelektrischen Bauteile 3 bis 6 von der Entladebetriebsart auf die Ladebetriebsart umgeschaltet werden, auf einen gewünschten bzw. geeigneten Wert.
Die vorstehend beschriebene Piezoelement-Ansteuerschaltung mit Aufladungsanhebung (Ladespannungsanhebung) weist jedoch den Nachteil auf, dass die an den geladenen piezoelektrischen Bauteilen 3 bis 6 gebildete hohe Spannung während der Zeit, in der die Batterie 2 den Kondensator 15 auflädt, einen hohen Strom über die Diode D zur Folge hat, sodass sich höhere Verluste durch den Durchlassspannungsab fall an der Diode D ergeben, was wiederum zu einer Vergrößerung der erzeugten bzw. abgegebenen Wärmemenge führt. Dieses Problem lässt sich nicht durch eine Vergrößerung der Abmessungen der Diode D lösen, da der Durchlassspannungsabfall anders als der Spannungsabfall an einem Widerstand konstant ist.
Ferner treten bei einer Piezoelement-Ansteuerschaltung dieser Art durch das Aufladen oder Entladen der eine hohe Kapazität aufweisenden piezoelektrischen Bauteile 3 bis 6 starke Änderungen des über die Ausgangsleitung L fließenden Stroms auf, was das Auftreten eines elektromagnetischen Strahlungsrauschens an der Ausgangsleitung L zur Folge hat.
Außerdem treten die durch das Einschalten und Abschalten des Ladeschalters 14 verursachten Stromänderungen an einer langen Stromversorgungsleitung auf, die über die Rückstrom- Sperr/Ladeschaltung 9 bis zu der Batterie 2 verläuft, was zu einem Anstieg des elektromagnetischen Strahlungsrauschens an der Ausgangsleitung L führt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, zur Vermeidung dieser Nachteile des Standes der Technik eine Ansteuerschaltung für piezoelektrische Bauteile anzugeben, durch deren Aufbau das von der Schaltungsanordnung erzeugte elektromagnetische Strahlungsrauschen minimal gehalten werden kann.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Ansteuerschaltung für piezoelektrische Bauteile angegeben, die zur Betätigung von Kraftstoff-Einspritzventilen der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs Verwendung finden kann. Diese Ansteuerschaltung umfasst: (a) eine Gleichstromquelle, (b) eine zwischen einem Hochpotentialanschluss eines piezoelektrischen Bauteils und einem Hochpotentialanschluss der Gleichstromquelle angeordnete Spannungsverstärkungsschaltung, die während einer Last-Ladezeitdauer zur Zuführung eines Stroms von der Gleichstromquelle zu dem piezoelektrischen Bauteil und während einer Last-Entladezeitdauer zur Zuführung eines Stroms von dem piezoelektrischen Bauteil zu der Gleichstromquelle dient und von einem Gleichspannungswandler des Zerhackertyps gebildet wird, der eine über einen Endanschluss mit dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils verbundene Drosselspule, einen zwischen den anderen Endanschluss der Drosselspule und den Hochpotentialanschluss der Gleichstromquelle geschalteten Ladeschalter und einen zwischen den anderen Endanschluss der Drosselspule und einen Niederpotentialabschnitt geschalteten Endladeschalter aufweist, und (c) eine zwischen einem Hochpotentialanschluss einer Batterie und dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils angeordnete Rückstrom-Sperr/Ladeschaltung, die von einem Steuerelement mit drei Anschlüssen gebildet wird, das während einer Gleichstromquellen-Ladezeitdauer, bei der die Gleichstromquelle aufgeladen wird, eine elektrische Verbindung zwischen dem Hochpotentialanschluss der Batterie und dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils zur Zuführung von Strom von der Batterie zu dem piezoelektrischen Bauteil herstellt, und die elektrische Verbindung während der Last-Ladezeitdauer und der Last- Entladezeitdauer unterbricht.
Bei dieser Schaltungsanordnung fließt der von der Batterie der Gleichspannungsversorgung während der Gleichspannungs- Ladezeit zugeführte Ladestrom über das drei Anschlüsse aufweisende Steuerelement ohne über eine Diode geführt zu werden, wie dies bei der bekannten Ansteuerschaltung gemäß Fig. 8 der Fall ist, wodurch das Problem einer großen Verlustleistung und Wärmeerzeugung auf Grund des Durchlassspannungsab falls der Diode in der bekannten Ansteuerschaltung vermieden wird.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das drei Anschlüsse aufweisende Steuerelement von einem MOS-Transistor gebildet, dessen parasitäre Diode derart angeordnet ist, dass ein Rückfluss des Stroms von dem piezoelektrischen Bauteil zu der Gleichstromquelle gesperrt wird.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Ansteuerschaltung für piezoelektrische Bauteile: (a) eine Gleichstromquelle, (b) eine zwischen einem Hochpotentialanschluss eines piezoelektrischen Bauteils und einem Hochpotentialanschluss der Gleichstromquelle angeordnete Spannungsverstärkungsschaltung, die während einer Last-Ladezeitdauer zur Zuführung eines Stroms von der Gleichstromquelle zu dem piezoelektrischen Bauteil und während einer Last-Entladezeitdauer zur Zuführung eines Stroms von dem piezoelektrischen Bauteil zu der Gleichstromquelle dient und von einem Gleichspannungswandler des Zerhackertyps gebildet wird, der eine über einen Endanschluss mit dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils verbundene Drosselspule, einen zwischen den anderen Endanschluss der Drosselspule und den Hochpotentialanschluss der Gleichstromquelle geschalteten Ladeschalter und einen zwischen den anderen Endanschluss der Drosselspule und einen Niederpotentialabschnitt geschalteten Endladeschalter aufweist, und (c) eine zwischen einem Hochpotentialanschluss einer Batterie und dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils angeordnete Rückstrom-Sperr/Ladeschaltung, die während einer Gleichstromquellen-Ladezeitdauer, bei der die Gleichstromquelle aufgeladen wird, dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils Strom von der Batterie zuführt, wobei die Rückstrom- Sperr/Ladeschaltung und die Spannungsverstärkungsschaltung mit dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils über ein LC-Tiefpassfilter gekoppelt sind, das aus einer Drosselspule und einem Kondensator besteht.
Hierbei ist das LC-Tiefpassfilter zwischen einem Verbindungspunkt der Rückstrom-Sperr/Ladeschaltung mit der Spannungsverstärkungsschaltung und dem hohen Potentialanschluss der piezoelektrischen Bauteile angeordnet, wodurch sich die an der den hohen Potentialanschluss der piezoelektrischen Bauteile und die Ansteuerschaltung verbindenden Ausgangsleitung auftretende Spannungsänderung verringert, die auf einer Spannungsänderung beruht, die am Verbindungspunkt der Rückstrom-Sperr/Ladeschaltung und der Spannungsverstärkungsschaltung auf Grund eines intermittierenden Fließens des Ladestroms von der Batterie zu der Gleichspannungsversorgung auftritt, wodurch sich eine Verringerung des von der Ausgangsleitung abgegebenen elektromagnetischen Strahlungsrauschens und elektrostatischen Rauschens erzielen lässt.
Die Drosselspule des LC-Tiefpassfilters kann auch entfallen. Ein zur alleinigen Übertragung einer hochfrequenten Spannung ausgelegter Kondensator kann dann an den Verbindungspunkt der Rückstrom-Sperr/Ladeschaltung mit der Spannungsverstärkungsschaltung angekoppelt werden. Dies führt zu einer Verringerung des elektromagnetischen Strahlungsrauschens, das durch plötzliche Änderungen des über die Verbindungsleitung zwischen der Batterie, der Rückstrom-Sperr/Ladeschaltung und den piezoelektrischen Bauteilen fließenden Stroms entsteht. Außerdem kann ein zusätzliches LC-Tiefpassfilter in der Ansteuerschaltung vorgesehen werden.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Ansteuerschaltung für piezoelektrische Bauteile: (a) eine Gleichstromquelle, (b) eine zwischen einem Hochpotentialanschluss eines piezoelektrischen Bauteils und einem Hochpotentialanschluss der Gleichstromquelle angeordnete Spannungsverstärkungsschaltung, die während einer Last-Ladezeitdauer zur Zuführung eines Stroms von der Gleichstromquelle zu dem piezoelektrischen Bauteil und während einer Last-Entladezeitdauer zur Zuführung eines Stroms von dem piezoelektrischen Bauteil zu der Gleichstromquelle dient und von einem Gleichspannungswandler des Zerhackertyps gebildet wird, der eine über einen Endanschluss mit dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils verbundene Drosselspule, einen zwischen den anderen Endanschluss der Drosselspule und den Hochpotentialanschluss der Gleichstromquelle geschalteten Ladeschalter und einen zwischen den anderen Endanschluss der Drosselspule und einen Niederpotentialabschnitt geschalteten Endladeschalter aufweist, (c) eine zwischen einem Hochpotentialanschluss einer Batterie und dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils angeordnete Rückstrom- Sperr/Ladeschaltung, die während einer Gleichstromquellen- Ladezeitdauer, bei der die Gleichstromquelle aufgeladen wird, dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils Strom von der Batterie zuführt, und (d) eine zwischen einem Niederpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils und dem Niederpotentialabschnitt angeordnete Schalt-Anordnung, die während der Gleichstromquellen-Ladezeitdauer abgeschaltet wird.
Durch diesen Aufbau wird ein Stromfluss vom piezoelektrischen Bauteil zu der Gleichspannungsversorgung während der Gleichspannungs-Ladezeit verhindert, d. h., der über das die Ansteuerschaltung und die piezoelektrischen Bauteile verbindende Verbindungskabel fließende Strom wird während der Gleichspannungs-Ladezeit gesperrt, wodurch das elektrische Rauschen verringert wird, das durch die an der Verbindungsleitung auftretenden Stromänderungen entsteht.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Spannungsverstärkungsschaltung außerdem mit dem Hochpotentialanschluss der Gleichstromquelle und den Hochpotentialanschlüssen von piezoelektrischen Bauteilen verbunden, und die Rückstrom-Sperr/Ladeschaltung ist mit dem Hochpotentialanschluss der Batterie und den Hochpotentialanschlüssen sämtlicher piezoelektrischer Bauteile zur Zuführung eines Stroms von der Batterie zu dem Hochpotentialanschluss eines von der Schalt-Anordnung ausgewählten piezoelektrischen Bauteils gekoppelt, wobei die Schalt-Anordnung aus Schaltern besteht, die jeweils mit einem der piezoelektrischen Bauteile verbunden sind. Die Schalt-Anordnung ist hierbei derart ausgestaltet, dass die piezoelektrischen Bauteile aufeinanderfolgend ausgewählt werden.
Gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Ansteuerschaltung für piezoelektrische Bauteile: (a) eine Gleichstromquelle, (b) eine zwischen einem Hochpotentialanschluss eines piezoelektrischen Bauteils und einem Hochpotentialanschluss der Gleichstromquelle angeordnete Spannungsverstärkungsschaltung, die während einer Last-Ladezeitdauer zur Zuführung eines Stroms von der Gleichstromquelle zu dem piezoelektrischen Bauteil und während einer Last-Entladezeitdauer zur Zuführung eines Stroms von dem piezoelektrischen Bauteil zu der Gleichstromquelle dient und von einem Gleichspannungswandler des Zerhackertyps gebildet wird, der eine über einen Endanschluss mit dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils verbundene Drosselspule, einen zwischen den anderen Endanschluss der Drosselspule und den Hochpotentialanschluss der Gleichstromquelle geschalteten Ladeschalter und einen zwischen den anderen Endanschluss der Drosselspule und einen Niederpotentialabschnitt geschalteten Endladeschalter aufweist, (c) eine zwischen einem Hochpotentialanschluss einer Batterie und dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils angeordnete Rückstrom- Sperr/Ladeschaltung, die während einer Gleichstromquellen- Ladezeitdauer, bei der die Gleichstromquelle aufgeladen wird, dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils Strom von der Batterie zuführt, und (d) eine Entladungsstrom-Bestimmungsschaltung, die die Bestimmung trifft, ob ein Absolutwert des Entladungsstroms von dem piezoelektrischen Bauteil während der Last- Entladungszeitdauer unter einen gegebenen Pegel abfällt oder nicht, wobei die Gleichstromquellen-Ladezeitdauer beginnt, wenn von der Entladestrom-Bestimmungsschaltung die Bestimmung getroffen wird, dass der Absolutwert des Entladestroms unter den gegebenen Pegel abgefallen ist.
Der vorgegebene Pegel kann auf Null (0) eingestellt werden. Hierdurch wird ermöglicht, dass die Umschaltung von der Last-Entladezeit auf die Gleichstromquellen-Ladezeit erfolgen kann, wenn der Entladestrom den Wert Null angenommen hat, wodurch eine plötzliche Änderung des über das die Ansteuerschaltung und die piezoelektrischen Bauteile verbindende Verbindungskabel fließenden Stroms vermieden wird.
Gemäß einer fünften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Ansteuerschaltung für piezoelektrische Bauteile: (a) eine Gleichstromquelle, (b) eine zwischen einem Hochpotentialanschluss eines piezoelektrischen Bauteils und einem Hochpotentialanschluss der Gleichstromquelle angeordnete Spannungsverstärkungsschaltung, die während einer Last-Ladezeitdauer zur Zuführung eines Stroms von der Gleichstromquelle zu dem piezoelektrischen Bauteil und während einer Last-Entladezeitdauer zur Zuführung eines Stroms von dem piezoelektrischen Bauteil zu der Gleichstromquelle dient und von einem Gleichspannungswandler des Zerhackertyps gebildet wird, der eine über einen Endanschluss mit dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils verbundene Drosselspule, einen zwischen den anderen Endanschluss der Drosselspule und den Hochpotentialanschluss der Gleichstromquelle geschalteten Ladeschalter und einen zwischen den anderen Endanschluss der Drosselspule und einen Niederpotentialabschnitt geschalteten Endladeschalter aufweist, (c) eine zwischen einem Hochpotentialanschluss einer Batterie und dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils angeordnete Rückstrom- Sperr/Ladeschaltung, die während einer Gleichstromquellen- Ladezeitdauer, bei der die Gleichstromquelle aufgeladen wird, dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils Strom von der Batterie zuführt, und (d) eine Strombegrenzungsschaltung, die den Maximalwert des Stroms während der Gleichstromquellen-Ladezeitdauer auf einen unter dem Maximalwert des Stroms während der Last- Ladezeitdauer und/oder der Last-Entladezeitdauer liegenden Wert begrenzt.
Durch diese Schaltungsanordnung lässt sich eine Verringerung des während der Gleichstromquellen-Ladezeit fließenden Stroms unter den Wert des während der Last- Entladezeit fließenden Stroms erzielen, was zu einer Verringerung des während der Gleichstromquellen-Ladezeit entstehenden elektrischen Rauschens führt.
Die piezoelektrischen Bauteile können jeweils zur Betätigung eines Kraftstoff-Einspritzventils der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs Verwendung finden. In diesem Fall stehen die während der Last-Ladezeiten und Last-Entladezeiten erzeugten Maximalströme in Wirkverbindung mit der Öffnungszeit des Kraftstoff- Einspritzventils. Einer Verringerung der Maximalströme sind somit Grenzen gesetzt. Da jedoch die Gleichstromquellen- Ladezeiten auch verlängert werden können, ist hierdurch die Möglichkeit gegeben, die Maximalströme während der Gleichstromquellen-Ladezeit zur Verringerung des elektrischen Rauschens herabzusetzen.
Die vorstehende Beschreibung bezieht sich lediglich auf die Verringerung des Rauschens bzw. von Störsignalanteilen durch eine Herabsetzung der Änderungsrate des Stroms. Durch die vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnungen werden jedoch außerdem auch nachteilige Auswirkungen auf die Batterie oder Schwankungen der von der Batterie abgegebenen Spannung verringert.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild einer Ansteuerschaltung für piezoelektrische Bauteile gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 eine teilweise vergrößerte Ansicht eines Hauptabschnitts der Ansteuerschaltung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 Signalverläufe, die Betrieb und Wirkungsweise der Ansteuerschaltung gemäß Fig. 1 veranschaulichen,
Fig. 4 ein Schaltbild einer Ansteuerschaltung für piezoelektrische Bauteile gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 5 ein Schaltbild eines Hauptabschnitts einer Ansteuerschaltung für piezoelektrische Bauteile gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 6 ein Schaltbild eines Hauptabschnitts einer Ansteuerschaltung für piezoelektrische Bauteile gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 7 Signalverläufe, die Betrieb und Wirkungsweise der Ansteuerschaltung gemäß Fig. 6 veranschaulichen, und
Fig. 8 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer bekannten Ansteuerschaltung für piezoelektrische Bauteile.
In den Figuren, in denen gleichen Bezugszahlen gleiche Bauteile und Bauelemente in verschiedenen Ansichten bezeichnen, ist in Fig. 1 ist eine Ansteuerschaltung 1 für piezoelektrische Bauteile gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, die zur Betätigung von ein piezoelektrisches Stellglied aufweisenden Kraftstoff-Injektoren der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs Verwendung finden kann. Kraftstoff- Injektoren dieser Art sind allgemein bekannt, sodass eine nähere Beschreibung hier entfallen kann.
Die Ansteuerschaltung 1 für piezoelektrische Bauteile wird von einer Batterie 2 mit Strom versorgt und dient zum jeweiligen Anlegen einer hohen Spannung an eines von piezoelektrischen Bauteilen 3 bis 6 über eine Ausgangsleitung L für eine erforderliche Zeitdauer. Die piezoelektrischen Bauteile 3 bis 6 dienen als Stellglieder bzw. Betätigungselemente für Kraftstoff-Einspritzventile.
Die Ansteuerschaltung 1 besteht im wesentlichen aus einer zur Spannungserhöhung dienenden Spannungsverstärkungsschaltung 8, einer Rückstrom- Sperr/Ladeschaltung 9, einer Glättungsschaltung 10 und einer Zylinder-Wählschaltung 11. Die Spannungsverstärkungsschaltung 8 dient zum Anheben der über die Rückstrom-Sperr/Ladeschaltung 9 zugeführten Spannung und Zuführung dieser angehobenen Spannung über die Ausgangsleitung L zu einem Hochpotentialanschluss der piezoelektrischen Bauteile 3 bis 6. Die Niederpotentialanschlüsse der piezoelektrischen Bauteile 3 bis 6 liegen über die Zylinder-Wählschaltung 11 an Masse.
Von der Batterie 2 wird der Rückstrom-Sperr/Ladeschaltung 9 über die Glättungsschaltung 10 eine Gleichspannung zugeführt, die sodann über die Ausgangsleitung L an die piezoelektrischen Bauteile 3 bis 6 abgegeben wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Rückstrom- Sperr/Ladeschaltung 9 von einem NMOS-Transistor gebildet. Eine parasitäre Diode dieses NMOS-Transistors ist derart angeordnet, dass ein Stromfluss von der Ausgangsleitung L zu der Batterie 2 stets gesperrt ist.
Die Glättungsschaltung 10 besteht aus einer Drosselspule und einem Kondensator und dient als typisches Tiefpassfilter, das die Übertragung von Schaltstörungen der Batterie 2 verhindert.
Die Zylinder-Wählschaltung 11 besteht aus vier Schaltern 16 bis 19 z. B. in Form von MOS-Transistoren, die jeweils mit einem Endanschluss an Masse liegen, während der andere Endanschluss mit dem Niederpotentialanschluss eines entsprechenden der piezoelektrischen Bauteile 3 bis 6 verbunden ist. Die Zylinder-Wählschaltung 11 spricht auf ein zugeführtes Steuersignal an und bewirkt in Abhängigkeit von diesem Steuersignal ein aufeinanderfolgendes Schließen eines der Schalter 16 bis 19 oder ein gleichzeitiges Schließen von einigen dieser Schalter.
Die Spannungsverstärkungsschaltung 8 besteht aus einer Lade/Entladespule 12, einem Ladeschalter 13, einem Entladeschalter 14 und einem Kondensator 15. Die Ausgangsleitung L ist über die Lade/Entladespule 12 und den Ladeschalter 13 mit dem Hochpotentialanschluss des Kondensators 15 verbunden. Der Niederpotentialanschluss des Kondensators 15 liegt an Masse. Der Entladeschalter 14 liegt mit seinem Hochpotentialanschluss an einem Verbindungspunkt M der Lade/Entladespule 12 und des Ladeschalters 13, während sein Niederpotentialanschluss an Masse liegt. Der Ladeschalter 13 und der Entladeschalter 14 werden jeweils von einem MOS-Transistor gebildet. Eine parasitäre Diode des Ladeschalters 13 ist derart angeordnet, dass ein Strom vom Verbindungspunkt M zum Kondensator 15 fließen kann, während eine parasitären Diode des Entladeschalters 14 derart angeordnet ist, dass das Fließen eines Stroms vom Verbindungspunkt M zu Masse gesperrt ist.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 näher auf Betrieb und Wirkungsweise der Ansteuerschaltung 1 eingegangen.
Wenn zur Zeit t1 die Rückstrom-Sperr/Ladeschaltung 9 abgeschaltet wird, setzt ein Einschalten des bei den Signalverläufen gemäß Fig. 3 nicht veranschaulichten Ladeschalters 13 mit einem gegebenen Zyklus bzw. einer bestimmten Periode ein, sodass vom Kondensator 15 über den Ladeschalter 13, die Lade/Entladespule 12 und die Ausgangsleitung L elektrische Energie zur Aufladung eines ausgewählten Bauteils der piezoelektrischen Bauteile 3 bis 6 abgegeben wird. Im Rahmen der nachstehenden Beschreibung wird hierbei als Beispiel auf das piezoelektrische Bauteil 3 Bezug genommen. Wenn der Ladeschalter 13 abgeschaltet ist, bewirkt dies eine allmähliche Dämpfung der Aufladung des piezoelektrischen Bauteils 3 über die parasitäre Diode des Entladeschalters 14 durch Entladung der in der Lade/Entladespule 12 gespeicherten magnetischen Energie, sodass die Spannung des piezoelektrischen Bauteils 3 allmählich ansteigt. Wie nachstehend noch näher beschrieben ist, wirkt während der Einschaltzeit des Ladeschalters 13 auf den Kondensator 15 eine Rückkopplung ein, sodass der Spitzenwert des vom Kondensator 15 abgegebenen Entladestroms (d. h., der Ladestrom des piezoelektrischen Bauteils 3) unter einen gegebenen Schwellenwert abfällt.
Der Schaltvorgang des Ladeschalters 13 endet zur Zeit t2, sodass der Anstieg der Ladespannung des piezoelektrischen Bauteils 3 endet.
Wenn zur Zeit t3 das Einschalten des Entladeschalters 14 mit einem bestimmten Zyklus bzw. einer bestimmten Periode einsetzt, führt dies zu einer Abgabe der im piezoelektrischen Bauteil 3 gespeicherten Energie. Wie vorstehend beschrieben, besteht der Schalter 16 der Zylinder-Wählschaltung 11 aus einem MOS-Transistor. Somit bildet sich ein Entladekreis von Masse über die parasitäre Diode des Schalters 16, das piezoelektrische Bauteil 3, die Lade/Entladespule 12 und den Entladeschalter 14 zu Masse. Wenn der Entladeschalter 14 abgeschaltet ist, bewirkt dies eine allmähliche Dämpfung der Aufladung des Kondensators 15 über die parasitäre Diode des Ladeschalters 13 durch Entladung der in der Lade/Entladespule 12 gespeicherten magnetischen Energie, sodass die Spannung an dem piezoelektrischen Bauteil 3 abfällt.
Wenn die an der Ausgangsleitung L auftretende Spannung zur Zeit t4 unter die Spannung der Batterie 2 abfällt (bzw. vorzugsweise gleich dieser Spannung wird), wird die Rückstrom-Sperr/Ladeschaltung 9 (d. h., der MOS-Transistor) durchgeschaltet, sodass die an der Ausgangsleitung L auftretende Spannung im wesentlichen gleich der Spannung der Batterie 2 wird. Wenn die Spannung an der Ausgangsleitung L um annähernd 0,75 V oder weniger unter die Spannung der Batterie 2 abfällt, wird sie über die parasitäre Diode des MOS-Transistors 9 automatisch auf einem Pegel gehalten, der der Spannung der Batterie 2 minus 0,75 V entspricht.
Nach der Zeit t4 erfolgt weiterhin ein zyklisches Einschalten und Abschalten des Entladeschalters 14. Im Einschaltzustand des Entladeschalters 14 fließt somit ein Strom von der Batterie 2 zu der Lade/Entladespule 12 über die Glättungsschaltung 10, die Rückstrom- Sperr/Ladeschaltung 9, die Lade/Entladespule 12 und den Entladeschalter 14, sodass in der Lade/Entladespule 12 eine Energiespeicherung stattfindet. Im Abschaltzustand des Entladeschalters 14 steigt die Spannung am Verbindungspunkt M an, sodass ein Strom von der Batterie 2 zum Kondensator 15 über die Glättungsschaltung 10, die Rückstrom- Sperr/Ladeschaltung 9, die Lade/Entladespule 12 und die parasitäre Diode des Ladeschalters 13 zur Aufladung des Kondensators 15 fließt, wobei die in der Lade/Entladespule 12 gespeicherte magnetische Energie abgegeben wird. Wenn die Spannung des Kondensators 15 zur Zeit t5 auf den Anfangspegel zurückgeführt ist, endet der Ladevorgang des Entladeschalters 14.
Bei dem vorstehend beschriebenen Betrieb wird jedes der von den piezoelektrischen Bauteilen 3 bis 6 jeweils betätigten (nicht dargestellten) Kraftstoff-Einspritzventile von der Zeit t1 bis zu der Zeit t4 eingeschaltet und von der Zeit t4 bis zu der Zeit t5 abgeschaltet gehalten.
Zur Bildung einer gewünschten Spannung (von z. B. annähernd 200 V) am Kondensator 15 unmittelbar nach dem Beginn des Betriebs der Ansteuerschaltung 1 wird der Kondensator 15 vorzugsweise während der Zeitdauer zwischen der Zeit t4 und der Zeit t5 auf eine solche Spannung aufgeladen.
Dieses Ausführungsbeispiel ist durch das Merkmal gekennzeichnet, dass die Rückstrom-Sperr/Ladeschaltung 9 anders als im Falle der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 8, die aus der Reihenschaltung eines Schalters und der Diode D oder nur aus einer Diode besteht, nunmehr von einem MOS- Transistor gebildet wird, dessen parasitäre Diode derart angeordnet ist, dass ein Stromfluss von der Ausgangsleitung L zur Batterie 2 gesperrt wird. Die Rückstrom- Sperr/Ladeschaltung 9 kann z. B. aus einem NMOS-Transistor bestehen. In diesem Falle ist der NMOS-Transistor über seine Source-Elektrode mit der Batterie 2 und über seine Drain-Elektrode mit der Ausgangsleitung L verbunden. Hierbei kann auf einfache Weise eine Einstellung des Kanalspannungsabfalls des NMOS-Transistors auf einen Wert von annähernd 0,1 V bei der Aufladung des Kondensators 15 über die Batterie 2 vorgenommen werden, wodurch ein erheblicher Anstieg der Verlustleistung, wie er auf Grund des Dioden-Durchlassspannungsabfalls bei der Rückstrom- Sperr/Ladeschaltung 9 der bekannten Ansteuerschaltung 1 gemäß Fig. 8 auftritt, vermieden werden kann.
Die Rückstrom-Sperr/Ladeschaltung 9 wird in der vorstehend beschriebenen Weise zwar von einem MOS-Transistor gebildet, kann jedoch alternativ auch aus einem anderen Bauteil mit einer ähnlichen Funktion bestehen.
Fig. 4 zeigt eine Ansteuerschaltung 1 für piezoelektrische Bauteile gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen die gleichen Bauteile wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels, sodass sich ihre erneute detaillierte Beschreibung erübrigt.
Die Ansteuerschaltung 1 umfasst eine mit der Lade/Entladespule 12 in Reihe geschaltete zweite Lade/Entladespule 120 sowie einen zwischen die Ausgangsleitung L und Masse geschalteten Kondensator 121. Die Lade/Entladespule 12 ist über die zweite Lade/Entladespule 120 mit der Ausgangsleitung L verbunden. Hierbei können die Lade/Entladespule 12 und die zweite Lade/Entladespule 120 aus Wicklungen mit dem gleichen Kern, d. h., aus einer einzigen Spule, bestehen. In diesem Fall wird ein Zwischenabgriff an dieser Spule, der die Lade/Entladespule 12 und die zweite Lade/Entladespule 120 definiert, mit der Drain-Elektrode des MOS-Transistors 9 verbunden. Von der Ausgangsleitung L her betrachtet bildet hierbei die Kombination der zweiten Lade/Entladespule 120 mit dem Kondensator 121 oder die Kombination der Lade/Entladespule 12 mit der zweiten Lade/Entladespule 120 und dem Kondensator 121 ein Tiefpassfilter, durch das Potential- und Stromschwankungen an der langen Ausgangsleitung L verringert werden, die durch die Einschalt- und Abschaltvorgänge der Schaltelemente der Ansteuerschaltung 1 entstehen. Auf diese Weise lässt sich eine erhebliche Verringerung des von der Ausgangsleitung L abgegebenen elektromagnetischen Strahlungsrauschens oder elektrostatischen Rauschens erzielen.
Die Ansteuerschaltung 1 dient außerdem zur Abschaltung der MOS-Transistoren 16 bis 19 der Zylinder-Wählschaltung 11 während der Zeitdauer (von der Zeit t4 bis zu der Zeit t5), während der die Spannung des Kondensators 15 angehoben wird oder der Kondensator 15 über die Batterie 2 aufgeladen wird, wodurch das Fließen eines Stroms über die Ausgangsleitung L während dieser Zeitdauer verhindert wird, was ebenfalls zu einer Verringerung des an der Ausgangsleitung L entstehenden elektromagnetischen Strahlungsrauschens beiträgt.
Anstelle der beschriebenen Verbindung des MOS-Transistors 9 mit dem Verbindungspunkt der Lade/Entladespulen 12 und 120 kann jedoch auch die zweite Lade/Entladespule 120 entfallen und die Lade/Entladespule 12 mit dem Hochpotentialanschluss des Kondensators 121 verbunden werden. Dieser Aufbau dient ebenfalls zur Verringerung des an der Ausgangsleitung L entstehenden elektromagnetischen Strahlungsrauschens mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Tiefpassfilters.
Ferner kann ein Kondensator 1210 zwischen Masse und den Verbindungspunkt der Lade/Entladespule 12 mit der zweiten Lade/Entladespule 120 geschaltet werden.
Die zur Verringerung der an der Ausgangsleitung L entstehenden Stör- oder Rauschsignalanteile zwischen der Spannungsverstärkungsschaltung 8 und der Ausgangsleitung L angeordneten Tiefpassfilter können auch in Verbindung mit der bekannten Schaltungsanordnung gemäß Fig. 8 Verwendung finden. Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 8 unterscheidet sich von diesem Ausführungsbeispiel dahingehend, dass der Ladevorgang zwischen den Zeiten t4 und t5 nicht über den Entladeschalter 14, sondern über den Gleichspannungswandler 100 erfolgt.
Fig. 5 zeigt den Hauptabschnitt einer Ansteuerschaltung 1 für piezoelektrische Bauteile gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Hierbei liegen die Niederpotentialanschlüsse des Kondensators 15 und des Entladeschalters 14 über einen Stromdetektorwiderstand 20 an Masse.
Nachstehend wird eine über den Stromdetektorwiderstand 20 erfolgende Rückkopplung näher beschrieben, die auf der Basis der von dem Stromdetektorwiderstand 20 gemessenen Entladeströme des Kondensators 15 und am Entladeschalter 14 erfolgt.
Dieses Ausführungsbeispiel der Ansteuerschaltung 1 umfasst einen Vergleicher 21, eine Referenzspannungsquelle 22 und ein UND-Glied 23. Der weitere Schaltungsaufbau ist mit demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels identisch, sodass sich seine erneute detaillierte Beschreibung erübrigt.
Der Vergleicher 21 dient zur Abgabe eines Signals niedrigen Pegels zum Abschalten des Entladeschalters 14 über das UND- Glied 23, wenn der Spannungsabfall Vdis am Stromdetektorwiderstand 20 über einen von der Referenzspannungsquelle 22 gebildeten, vorgegebenen Referenzwert Vref ansteigt, d. h., wenn der vom Stromdetektorwiderstand 20 erfasste Strom einen vorgegebenen Strom-Schwellenwert überschreitet, wodurch die Entladeströme der jeweiligen piezoelektrischen Bauteile 3 bis 6 und anderer Bauteile zwischen den Zeiten t3 und t5 auf gewünschte Bereiche beschränkt werden.
Dem UND-Glied 23 wird ein NOR-Wert der für die MOS- Transistoren 16 bis 19 der Zylinder-Wählschaltung 11 gebildeten Einschaltsignale zugeführt, sodass der Entladeschalter 14 nur dann betätigt wird, wenn die piezoelektrischen Bauteile 3 bis 6 entladen werden sollen. Auf diese Weise wird durch das UND-Glied 23 ermöglicht, dass die piezoelektrischen Bauteile 3 bis 6 automatisch während einer Zeitdauer entladen werden, bei der ihnen kein Einschaltsignal zugeführt wird.
Fig. 6 zeigt einen Hauptabschnitt einer Ansteuerschaltung 1 für piezoelektrische Bauteile gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, die eine Modifikation des dritten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 5 darstellt.
Im einzelnen umfasst diese Ansteuerschaltung 1 Vergleicher 24 bis 27 und 33, ein RS-Flip-Flop 28, UND-Glieder 29 bis 31 sowie ein ODER-Glied 32, wobei der Vergleicher 21 des dritten Ausführungsbeispiels nicht verwendet wird.
Fig. 7 veranschaulicht Betrieb und Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels der Ansteuerschaltung 1, die sich in Bezug auf die in Fig. 3 veranschaulichte Betriebsweise in Bezug auf die Betriebsweise des MOS-Transistors 9 und des Entladeschalters 14 unterscheiden, die dazu dient, plötzliche, steile Änderungen des Stroms an einem Schalter beim Übergang von einer Last-Entladezeitdauer (d. h., der Zeitdauer von der Zeit t3 bis zu der Zeit t4, während der die piezoelektrischen Bauteile 3 bis 6 jeweils entladen werden) auf eine Kondensator-Ladezeitdauer (d. h., der in der Figur als "Gleichstrom/Gleichstrom-Aufladung" bezeichneten Zeitdauer von der Zeit t4 bis zu der Zeit t5) zur Reduzierung der an der Ausgangsleitung L entstehenden elektromagnetischen Strahlungsstörsignalanteile bzw. Strahlungsrauschsignalanteile zu verringern und den während der Kondensator-Ladezeitdauer fließenden Strom auf einen unter dem während der Last-Entladezeitdauer fließenden Strom liegenden Wert zu verkleinern, um die während der Kondensator-Ladezeitdauer entstehenden elektromagnetischen Strahlungsstörsignalanteile bzw. Strahlungsrauschsignalanteile zu verringern.
Im Betrieb geht zur Zeit t1 ein z. B. dem Schalter 16 (d. h., einem MOS-Transistor) der Zylinder-Wählschaltung 11 zugeführtes Signal auf hohen Pegel über, sodass der Schalter 16 eingeschaltet wird. Gleichzeitig wird die Rückstrom-Sperr/Ladeschaltung 9 abgeschaltet bzw. gesperrt. Sodann wird der Ladeschalter 13 zyklisch eingeschaltet. Hierdurch wird die vom Kondensator 15 abgegebene elektrische Energie über den Ladeschalter 13, die Lade/Entladespule 12 und die Ausgangsleitung L dem piezoelektrischen Bauteil 3 zu dessen Aufladung zugeführt. Wenn der Ladeschalter 13 abgeschaltet ist, bewirkt dies eine allmähliche Dämpfung der Aufladung des piezoelektrischen Bauteils 3 über die parasitäre Diode des Entladeschalters 14 durch Entladung der in der Lade/Entladespule 12 gespeicherten magnetischen Energie, sodass die Spannung am piezoelektrischen Bauteil 3 allmählich ansteigt.
Wenn zur Zeit t2 von einem (nicht dargestellten) Vergleicher ermittelt wird, dass die Spannung am Kondensator 15 einen vorgegebenen Wert erreicht hat, führt die Ansteuerschaltung 1 eine Abschaltung des Ladeschalters 13 durch, um den weiteren Anstieg der Ladespannung des piezoelektrischen Bauteils 3 zu beenden.
Wenn das dem Schalter 16 der Zylinder-Wählschaltung 11 zugeführte Signal zur Zeit t3 auf einen niedrigen Pegel übergeht, wird der Schalter 16 abgeschaltet. Gleichzeitig setzt ein Einschalten des Entladeschalters 14 mit einem bestimmten Zyklus bzw. einer bestimmten Periode ein, wodurch die in dem piezoelektrischen Bauteil 3 gespeicherte Energie abgegeben wird. Wie vorstehend beschrieben, besteht der Schalter 16 der Zylinder-Wählschaltung 11 aus einem MOS-Transistor. Somit wird ein Entladekreis von Masse über die parasitäre Diode des Schalters 16, das piezoelektrische Bauteil 3, die Lade/Entladespule 12 und den Entladeschalter 14 zu Masse gebildet. Im Abschaltzustand des Entladeschalters 14 erfolgt eine allmähliche Dämpfung der Aufladung des Kondensators 15 über die parasitäre Diode des Ladeschalters 13 durch Entladung der in der Lade/Entladespule 12 gespeicherten magnetischen Energie, sodass die Spannung an dem piezoelektrischen Bauteil 3 abfällt.
Wenn durch den Vergleicher 26 ermittelt wird, dass der Entladestrom annähernd auf Null (0) abgefallen ist, geht das Ausgangssignal des Flip-Flops 28 auf hohen Pegel über.
Die Vergleicher 27 und 33 bilden einen Fenster- oder Bereichsvergleicher, sodass das Ausgangssignal des Flip- Flops 28 nur dann hohen Pegel annimmt, wenn die Spannung VL zwischen einem Referenzwert Vref4 und einem Referenzwert Vref5 liegt. Dem UND-Glied 29 wird der NOR-Wert der den MOS-Transistoren 16 bis 19 der Zylinder-Wählschaltung 11 zugeführten Einschaltsignale zugeführt, sodass die Rückstrom-Sperr/Ladeschaltung 9 in der in Fig. 7 veranschaulichten Weise nur während der Gleichstrom/Gleichstrom-Ladezeitdauer durchgeschaltet wird. Wenn die Spannung Vh an der Ausgangsleitung L den Referenzwert Vref5 überschreitet, wird das Flip-Flop 28 zurückgestellt.
Während der Gleichstrom/Gleichstrom-Ladezeitdauer erfolgt eine zyklische Betätigung des Entladeschalters 14. Wenn der Entladeschalter 14 eingeschaltet wird, setzt eine Aufladung des Kondensators 15 über die Batterie 2 ein. Hierbei wird das Einschalten und Abschalten des Entladeschalters 14 auch nach der Zeit t4 fortgesetzt. Im Einschaltzustand des Entladeschalters 14 fließt somit ein Strom von der Batterie 2 zu der Lade/Entladespule 12 über die Glättungsschaltung 10, die Rückstrom-Sperr/Ladeschaltung 9, die Lade/Entladespule 12 und den Entladeschalter 14, sodass eine Energiespeicherung in der Lade/Entladespule 12 erfolgt. Im Abschaltzustand des Entladeschalters 14 steigt die Spannung am Verbindungspunkt M an, sodass ein Strom von der Batterie 2 zum Kondensator 15 über die Glättungsschaltung 10, die Rückstrom-Sperr/Ladeschaltung 9, die Lade/Entladespule 12 und die parasitäre Diode des Ladeschalters 13 zur Aufladung des Kondensators 15 fließt, wobei die in der Lade/Entladespule 12 gespeicherte magnetische Energie abgegeben wird.
Wenn vom Vergleicher 33 zur Zeit t5 ermittelt wird, dass die Spannung am Kondensator 15, d. h., die Spannung VL an der Ausgangsleitung L, wieder den Referenzwert Vref5 erreicht hat, wird die Rückstrom-Sperr/Ladeschaltung 9 zur Beendigung der Aufladung des Kondensators 15 abgeschaltet bzw. gesperrt.
Nachstehend wird näher auf die Änderung des Maximalstroms zwischen der Last-Entladezeitdauer und der Kondensator- Ladezeitdauer eingegangen.
Die Vergleicher 24 und 25 vergleichen den Spannungsabfall Vdis am Stromdetektorwiderstand 20 jeweils mit dem Referenzwert Vrefl und dem Referenzwert Vref3. Das UND- Glied 31 führt das Ausgangssignal des Vergleichers 24 über das ODER-Glied 32 dem Entladeschalter 14 während der Zeitdauer (d. h., der Kondensator-Ladezeitdauer) zu, bei der sich die Rückstrom-Sperr/Ladeschaltung 9 (d. h., der MOS- Transistor) im durchgeschalteten Zustand befindet. Das UND- Glied 30 führt das Ausgangssignal des Vergleichers 25 über das ODER-Glied 31 dem Entladeschalter 14 während der Zeitdauer (d. h., zu anderen Zeiten als der Kondensator- Ladezeitdauer) zu, bei der sich die Rückstrom- Sperr/Ladeschaltung 9 im Sperrzustand befindet. Die Referenzspannung Vref1 des Vergleichers 24 ist auf einen Wert eingestellt, der um einen vorgegebenen Pegel unter der Referenzspannung Vref3 des Vergleichers 25 liegt, wodurch bewirkt wird, dass während der Kondensator-Ladezeitdauer und -Entladezeitdauer ein kleinerer Maximalstrom als während der Last-Entladezeitdauer fließt.
Die jeweiligen Ausführungsbeispiele der vorstehend beschriebenen Ansteuerschaltung 1 können auch in Form eines anderen Schaltungsaufbaus oder einer Software vorgesehen werden, die in der Lage sind, eine gleiche oder ähnliche Funktion zu erfüllen.
Wie vorstehend beschrieben, kann die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung für piezoelektrische Bauteile zur Betätigung der Kraftstoff-Einspritzventile der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs Verwendung finden. Die Ansteuerschaltung umfasst eine Spannungsverstärkungsschaltung, die zwischen einem Hochpotentialanschluss eines piezoelektrischen Bauteils und einem Hochpotentialanschluss eines Kondensators angeordnet ist. Die Spannungsverstärkungsschaltung wird von einem Zerhacker-Gleichspannungswandler gebildet. Ein MOS- Transistor ist am Verbindungspunkt des Gleichspannungswandlers, des piezoelektrischen Bauteils und einer Batterie angeordnet. Dieser MOS-Transistor wird durchgeschaltet, wenn der Kondensator über die Batterie aufgeladen wird, wodurch die Verlustleistung und eine unerwünschte Wärmeerzeugung verringert werden.

Claims

1. Ansteuerschaltung für piezoelektrische Bauteile, gekennzeichnet durch
eine Gleichstromquelle,
eine zwischen einem Hochpotentialanschluss eines piezoelektrischen Bauteils und einem Hochpotentialanschluss der Gleichstromquelle angeordnete Spannungsverstärkungsschaltung, die während einer Last- Ladezeitdauer zur Zuführung eines Stroms von der Gleichstromquelle zu dem piezoelektrischen Bauteil und während einer Last-Entladezeitdauer zur Zuführung eines Stroms von dem piezoelektrischen Bauteil zu der Gleichstromquelle dient und von einem Gleichspannungswandler des Zerhackertyps gebildet wird, der eine über einen Endanschluss mit dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils verbundene Drosselspule, einen zwischen den anderen Endanschluss der Drosselspule und den Hochpotentialanschluss der Gleichstromquelle geschalteten Ladeschalter und einen zwischen den anderen Endanschluss der Drosselspule und einen Niederpotentialabschnitt geschalteten Endladeschalter aufweist, und
eine zwischen einem Hochpotentialanschluss einer Batterie und dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils angeordnete Rückstrom- Sperr/Ladeschaltung, die von einem Steuerelement mit drei Anschlüssen gebildet wird, das während einer Gleichstromquellen-Ladezeitdauer, bei der die Gleichstromquelle aufgeladen wird, eine elektrische Verbindung zwischen dem Hochpotentialanschluss der Batterie und dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils zur Zuführung von Strom von der Batterie zu dem piezoelektrischen Bauteil herstellt, und die elektrische Verbindung während der Last-Ladezeitdauer und der Last- Entladezeitdauer unterbricht.

2. Ansteuerschaltung für piezoelektrische Bauteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das drei Anschlüsse aufweisende Steuerelement ein MOS-Transistor ist, dessen parasitäre Diode derart angeordnet ist, dass ein Rückfluss des Stroms von dem piezoelektrischen Bauteil zu der Gleichstromquelle gesperrt wird.

3. Ansteuerschaltung für piezoelektrische Bauteile, gekennzeichnet durch
eine Gleichstromquelle,
eine zwischen einem Hochpotentialanschluss eines piezoelektrischen Bauteils und einem Hochpotentialanschluss der Gleichstromquelle angeordnete Spannungsverstärkungsschaltung, die während einer Last- Ladezeitdauer zur Zuführung eines Stroms von der Gleichstromquelle zu dem piezoelektrischen Bauteil und während einer Last-Entladezeitdauer zur Zuführung eines Stroms von dem piezoelektrischen Bauteil zu der Gleichstromquelle dient und von einem Gleichspannungswandler des Zerhackertyps gebildet wird, der eine über einen Endanschluss mit dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils verbundene Drosselspule, einen zwischen den anderen Endanschluss der Drosselspule und den Hochpotentialanschluss der Gleichstromquelle geschalteten Ladeschalter und einen zwischen den anderen Endanschluss der Drosselspule und einen Niederpotentialabschnitt geschalteten Endladeschalter aufweist, und
eine zwischen einem Hochpotentialanschluss einer Batterie und dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils angeordnete Rückstrom- Sperr/Ladeschaltung, die während einer Gleichstromquellen- Ladezeitdauer, bei der die Gleichstromquelle aufgeladen wird, dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils Strom von der Batterie zuführt, wobei
die Rückstrom-Sperr/Ladeschaltung und die Spannungsverstärkungsschaltung mit dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils über ein LC-Tiefpassfilter gekoppelt sind, das aus einer Drosselspule und einem Kondensator besteht.

4. Ansteuerschaltung für piezoelektrische Bauteile, gekennzeichnet durch
eine Gleichstromquelle,
eine zwischen einem Hochpotentialanschluss eines piezoelektrischen Bauteils und einem Hochpotentialanschluss der Gleichstromquelle angeordnete Spannungsverstärkungsschaltung, die während einer Last- Ladezeitdauer zur Zuführung eines Stroms von der Gleichstromquelle zu dem piezoelektrischen Bauteil und während einer Last-Entladezeitdauer zur Zuführung eines Stroms von dem piezoelektrischen Bauteil zu der Gleichstromquelle dient und von einem Gleichspannungswandler des Zerhackertyps gebildet wird, der eine über einen Endanschluss mit dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils verbundene Drosselspule, einen zwischen den anderen Endanschluss der Drosselspule und den Hochpotentialanschluss der Gleichstromquelle geschalteten Ladeschalter und einen zwischen den anderen Endanschluss der Drosselspule und einen Niederpotentialabschnitt geschalteten Endladeschalter aufweist,
eine zwischen einem Hochpotentialanschluss einer Batterie und dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils angeordnete Rückstrom- Sperr/Ladeschaltung, die während einer Gleichstromquellen- Ladezeitdauer, bei der die Gleichstromquelle aufgeladen wird, dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils Strom von der Batterie zuführt, und
eine zwischen einem Niederpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils und dem Niederpotentialabschnitt angeordnete Schalt-Anordnung, die während der Gleichstromquellen-Ladezeitdauer abgeschaltet wird.

5. Ansteuerschaltung für piezoelektrische Bauteile nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsverstärkungsschaltung außerdem mit dem Hochpotentialanschluss der Gleichstromquelle und den Hochpotentialanschlüssen von piezoelektrischen Bauteilen verbunden ist, dass die Rückstrom-Sperr/Ladeschaltung mit dem Hochpotentialanschluss der Batterie und den Hochpotentialanschlüssen sämtlicher piezoelektrischer Bauteile zur Zuführung eines Stroms von der Batterie zu dem Hochpotentialanschluss eines von der Schalt-Anordnung ausgewählten piezoelektrischen Bauteils gekoppelt ist, und dass die Schalt-Anordnung aus Schaltern besteht, die jeweils mit einem der piezoelektrischen Bauteile verbunden sind, wobei die Schalt-Anordnung derart ausgestaltet ist, dass die piezoelektrischen Bauteile aufeinanderfolgend ausgewählt werden.

6. Ansteuerschaltung für piezoelektrische Bauteile, gekennzeichnet durch
eine Gleichstromquelle,
eine zwischen einem Hochpotentialanschluss eines piezoelektrischen Bauteils und einem Hochpotentialanschluss der Gleichstromquelle angeordnete Spannungsverstärkungsschaltung, die während einer Last- Ladezeitdauer zur Zuführung eines Stroms von der Gleichstromquelle zu dem piezoelektrischen Bauteil und während einer Last-Entladezeitdauer zur Zuführung eines Stroms von dem piezoelektrischen Bauteil zu der Gleichstromquelle dient und von einem Gleichspannungswandler des Zerhackertyps gebildet wird, der eine über einen Endanschluss mit dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils verbundene Drosselspule, einen zwischen den anderen Endanschluss der Drosselspule und den Hochpotentialanschluss der Gleichstromquelle geschalteten Ladeschalter und einen zwischen den anderen Endanschluss der Drosselspule und einen Niederpotentialabschnitt geschalteten Endladeschalter aufweist,
eine zwischen einem Hochpotentialanschluss einer Batterie und dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils angeordnete Rückstrom- Sperr/Ladeschaltung, die während einer Gleichstromquellen- Ladezeitdauer, bei der die Gleichstromquelle aufgeladen wird, dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils Strom von der Batterie zuführt, und
eine Entladungsstrom-Bestimmungsschaltung, die die Bestimmung trifft, ob ein Absolutwert des Entladungsstroms von dem piezoelektrischen Bauteil während der Last- Entladungszeitdauer unter einen gegebenen Pegel abfällt oder nicht, wobei
die Gleichstromquellen-Ladezeitdauer beginnt, wenn von der Entladestrom-Bestimmungsschaltung die Bestimmung getroffen wird, dass der Absolutwert des Entladestroms unter den gegebenen Pegel abgefallen ist.

7. Ansteuerschaltung für piezoelektrische Bauteile, gekennzeichnet durch
eine Gleichstromquelle,
eine zwischen einem Hochpotentialanschluss eines piezoelektrischen Bauteils und einem Hochpotentialanschluss der Gleichstromquelle angeordnete Spannungsverstärkungsschaltung, die während einer Last- Ladezeitdauer zur Zuführung eines Stroms von der Gleichstromquelle zu dem piezoelektrischen Bauteil und während einer Last-Entladezeitdauer zur Zuführung eines Stroms von dem piezoelektrischen Bauteil zu der Gleichstromquelle dient und von einem Gleichspannungswandler des Zerhackertyps gebildet wird, der eine über einen Endanschluss mit dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils verbundene Drosselspule, einen zwischen den anderen Endanschluss der Drosselspule und den Hochpotentialanschluss der Gleichstromquelle geschalteten Ladeschalter und einen zwischen den anderen Endanschluss der Drosselspule und einen Niederpotentialabschnitt geschalteten Endladeschalter aufweist,
eine zwischen einem Hochpotentialanschluss einer Batterie und dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils angeordnete Rückstrom- Sperr/Ladeschaltung, die während einer Gleichstromquellen- Ladezeitdauer, bei der die Gleichstromquelle aufgeladen wird, dem Hochpotentialanschluss des piezoelektrischen Bauteils Strom von der Batterie zuführt, und
eine Strombegrenzungsschaltung, die den Maximalwert des Stroms während der Gleichstromquellen-Ladezeitdauer auf einen unter dem Maximalwert des Stroms während der Last- Ladezeitdauer und/oder der Last-Entladezeitdauer liegenden Wert begrenzt.