DE69422309T2 - Kraftstoffeinspritz-Regelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffeinspritz-Regelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

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thyristor
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transistor
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Nobuyuki Oota
Daisaku Sawada
Yasutoshi Yamada
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Aisin Corp
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Aisin Seiki Co Ltd
Toyota Motor Corp
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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG Erfindungsgebiet
  • Diese Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritz- Steuergerät für einen Verbrennungsmotor. Im einzelnen bezieht sie sich auf ein Kraftstoffeinspritz-Steuergerät, bei dem ein piezoelektrisches Element in einem Kraftstoffeinspritzventil vorgesehen ist, um Formänderungen in dem piezoelektrischen Element aufgrund einer daran angelegten Spannung vorteilhaft zu nutzen.
  • Verwandter Stand der Technik
  • Bisher war es bekannt, ein piezoelektrisches Element für ein Kraftstoffeinspritzventil zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung zu verwenden. Beispielsweise offenbart die japanische Patentschrift (KOKAI) Nr. 64-69756 (1989) eine Einrichtung zum Stabilisieren von durch Temperaturänderungen verursachten Kapazitätsänderungen eines piezoelektrischen Elements. Mit steigender Temperatur vergrößert sich die Kapazität des piezoelektrischen Elements. Verändert sich die Kapazität, so wird das piezoelektrische Element bei derselben angelegten Spannung um ein größeres Ausmaß verformt, da die Verformung des piezoelektrischen Elements zur Menge der gespeicherten elektrischen Ladung proportional ist, die wiederum zum Kapazitätswert proportional ist. In der vorgenannten Veröffentlichung wird ein Kraftstoffeinspritz-Steuergerät vorgeschlagen, das mit einer Einrichtung ausgestattet ist zum Erfassen der Temperaturänderung des piezoelektrischen Elements und zum entsprechenden Steuern der an das piezoelektrische Element angelegten Spannung zum Steuern einer Verschiebung des piezoelektrischen Elements.
  • DISKUSSION DES VERWANDTEN STANDS DER TECHNIK
  • Bis heute mangelt es jedoch an einem Vorschlag zum Steuern einer an ein als Kraftstoffeinspritzventil verwendetes piezoelektrisches Element angelegten überhöhten negativen Spannung. Das piezoelektrische Element weist den Nachteil auf, daß es bei einer Spannung oberhalb dessen Haltespannung beschädigt oder zerstört wird und daß es aufgrund einer Polarisation bei übermäßiger negativer Spannung beschädigungsanfällig ist und dadurch eine verringerte Zuverlässigkeit oder Lebensdauer aufweist.
  • Die Druckschrift EP 0 464 443 offenbart ein Gerät zum Ansteuern eines piezoelektrischen Elements, wobei ein Leistungskondensator zum Aufladen des piezoelektrischen Elements und eine zwischen den Leistungskondensator und das piezoelektrische Element geschaltete erste Schalteinrichtung vorgesehen ist. Das piezoelektrische Element wird unter Verwendung eines an einem hochspannungsseitigen Anschluß des Leistungskondensators befindlichen hohen Potentials geladen. Eine zweite Schalteinrichtung ist zwischen dem piezoelektrischen Element und dem Masseanschluß angeordnet zum Entladen des piezoelektrischen Elements über eine erste Entladespule nach Masse, wobei eine dritte Schalteinrichtung zwischen das piezoelektrische Element und die Hochspannungsseite des Leistungskondensators geschaltet ist zum Entladen des piezoelektrischen Elements zu der Hochspannungsseite des Leistungskondensators über eine zweite Entladespule. Wird die Entladeoperation des piezoelektrischen Elements gestartet, so wird es unter Steuerung einer Steuereinrichtung zunächst über die zweite Entladespule zu dem hochspannungsseitigen Anschluß des Leistungskondensators entladen und danach über die erste Entladespule nach Masse. Nach einer Beendigung der Entladeoperation und vor einer neuen Aufladeoperation wird die negative Spannung an einem Anschluß des piezoelektrischen Elements (die auf ein Minimum gefallen ist) mittels einer Erfassungseinrichtung erfaßt und der Startzeitpunkt der Entladung nach Masse wird so gesteuert, daß die Minimalspannung mit einer vorbestimmten negativen Spannung in Übereinstimmung gebracht wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
  • Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung eine Kraftstoffeinspritz-Regelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bereitgestellt, wie sie in den Patentansprüchen 1 und 2 beansprucht ist.
  • Gemäß Patentanspruch 1 wird durch die vorliegende Erfindung eine Kraftstoffeinspritz-Regelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bereitgestellt, in der eine in einem piezoelektrischen Element gespeicherte elektrische Ladung zu einer Stromquelle entladen wird über einen zweiten Thyristor, der den Zeitpunkt einer elektrischen Entladung steuert, eine zweite Drosselspule und einen Zündschalter, mit:
  • einer Negativspannungserfassungseinheit zum Erfassen einer Spannung an einem Kathodenanschluß des zweiten Thyristors; und
  • einer Negativspannungssteuereinheit zum Steuern der Spannung an dem Kathodenanschluß des zweiten Thyristors auf im wesentlichen ein Massepotential unter Steuerung durch ein Ausgangssignal der Negativspannungserfassungseinheit.
  • Durch die vorliegende Erfindung wird gemäß Patentanspruch 2 auch eine Kraftstoffeinspritz-Regelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bereitgestellt, in der eine in einem piezoelektrischen Element gespeicherte elektrische Ladung zu einer Stromquelle entladen wird über einen zweiten Thyristor, der den Zeitpunkt einer elektrischen Entladung steuert, eine zweite Drosselspule und einen Zündschalter, mit:
  • einer Negativspannungserfassungs- und Halteeinheit zum Erfassen einer Spannung an einem Kathodenanschluß des zweiten Thyristors und zum Halten einer elektrischen Ladung; und
  • einer zwischen der zweiten Drosselspule und dem Zündschalter angeordneten Schalteinheit, die durch die Negativspannungserfassungs- und Halteeinheit gesteuert wird und die Entladung steuert.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Durch eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritz-Regelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine weist die Spannung in dem piezoelektrischen Element aufgrund der zweiten Drosselspule gegenüber dem Strom einen Phasenvorsprung von 90º auf, wenn eine in dem piezoelektrischen Element gespeicherte elektrische Ladung entladen wird, so daß sich eine Klemmenspannung des piezoelektrischen Elements bei der Entladung der Ladung von einem positiven Wert auf einen negativen Wert ändert. Wird die negative Sollspannung überschritten, so wird die Negativspannungserfassungseinrichtung zum Ausgeben eines Ausgangssignals aktiviert, das eine Negativspannungssteuereinheit leitend schaltet, um eine Kathodenspannung des zweiten Thyristors im wesentlichen auf einem Massepotential zu halten. Dies führt dazu, daß der zweite Thyristor in Sperrrichtung vorgespannt und abgeschaltet wird, um die negative Spannung über dem piezoelektrischen Element zu unterdrücken.
  • Als alternative Maßnahme zur Unterdrückung einer negativen Spannung über dem piezoelektrischen Element wird eine negative Sollspannung durch eine Negativspannungserfassungs- und Halteeinheit erfaßt, und eine Schalteinheit wechselt durch ein Ausgangssignal der Negativspannungserfassungs- und Halteeinheit von ihrem EIN-Zustand in ihren AUS-Zustand. Eine elektrische Ladung wird durch den Entladestrom des piezoelektrischen Elements in dem in der Negativspannungserfassungs- und Halteeinheit angeordneten Kondensator gespeichert, um die in der Negativspannungserfassungs- und Halteeinheit gehaltene Spannung der Kapazität zu erhöhen.
  • Durch die Wiederholung der Lade-/Entladezyklen des piezoelektrischen Elements erhöht sich die auf der Negativspannungserfassungs- und Halteeinheit gehaltene Haltespannung. Wird die negative Sollspannung überschritten, so wird die Schalteinheit eingeschaltet. Dies führt dazu, daß der Entladestrom des piezoelektrischen Elements unterbrochen wird, wenn die negative Sollspannung erreicht ist, so daß die negative Spannung des piezoelektrischen Elements auf einem konstanten Wert gehalten werden kann.
  • Wie beschrieben, besteht erfindungsgemäß kein Risiko, daß eine die Haltespannung überschreitende Spannung angelegt wird, da die an das piezoelektrische Element angelegte negative Spannung innerhalb des konstanten Bereichs geregelt werden kann. Da die Überspannung an den Thyristoranschlüssen erfaßt wird, wird das piezoelektrische Element nicht durch Leckverluste oder dergleichen beeinflußt. Folglich besteht keine Gefahr der Zerstörung oder Verschlechterung der Eigenschaften des piezoelektrischen Elements, während die Lebensdauer und Betriebszuverlässigkeit des piezoelektrischen Elements verbessert werden kann.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 zeigt eine für das Verständnis der in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung hilfreiche Schaltung.
  • Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer Negativüberspannungserfassungssteuerschaltung.
  • Fig. 3 zeigt ein zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer Negativüberspannungserfassungssteuerschaltung.
  • Fig. 4 zeigt ein Spannungs- und Stromsignalverlaufsdiagramm für die in Fig. 3 gezeigte Schaltung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIE- LE
  • Nachstehend werden bevorzugte in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
  • Ausführungsbeispiel 1
  • Fig. 1 zeigt einen Schaltplan mit einer Schutzschaltung zum Verhindern des Anlegens einer positiven Überspannung über einem piezoelektrischen Element.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird eine Batteriespannung Vcc über einen Zündschalter Sw an einen Eingangsanschluß eines Gleichstromwandlers 1 angelegt. Der Ausgangsanschluß des Gleichstromwandlers 1 ist über eine erste Drosselspule Lc mit einer Anode eines ersten Thyristors SCR1 verbunden. Die Kathode des ersten Thyristors SCR1 ist mit einem piezoelektrischen Element PZT verbunden. Somit wird das piezoelektrische Element PZT mit einer elektrischen Ladung geladen, wenn der Thyristor SCR1 durch ein externes Steuersignal zum Leiten gebracht wird.
  • Andererseits ist das piezoelektrische Element PZT mit einer Anode eines zweiten Thyristors SCR2 verbunden, dessen Kathode über eine zweite Drosselspule Ld mit einem Eingangsanschluß des Gleichstromwandlers 1 und dem Zündschalter Sw verbunden ist. Wird der zweite Thyristor SCR2 durch ein externes Steuersignal zum Leiten gebracht, so wird die in dem piezoelektrischen Element PZT gespeicherte elektrische Ladung über den zweiten Thyristor SCR2, die zweite Drosselspule Ld und den Zündschalter Sw in die Batterie Vcc entladen.
  • Eine Erfassungseinheit 10 für positive Spannungen ist zwischen der Drosselspule Lc und dem Thyristor SCR1 angeordnet. Ein Ausgangssignal der Steuereinheit 10 für positive Spannungen wird einer Steuereinheit 20 für positive Überspannungen zugeführt, deren Ausgangsanschlüsse mit an beiden Enden der Drosselspule Lc befindlichen Knoten verbunden sind.
  • Die Erfassungseinheit 10 für positive Spannung besteht aus Widerständen R1 und R2, einer Zenerdiode ZD1 und einem Transistor Q1. Der Widerstand R1 ist mit seinem einen Ende an eine Anode des Thyristors SCR1 angeschlossen, während sein anderes Ende mit einem Verbindungsknoten des Widerstands R2 und der Basis des Transistors Q1 verbunden ist. Der Widerstand R2 ist mit seinem anderen Ende an einer Kathode der Zenerdiode ZD1 angeschlossen, deren Anode darstellungsgemäß mit Masse verbunden ist. Der Emitter des Transistors Q1 ist mit einer Anode des Thyristors SCR1 verbunden.
  • Die Steuereinheit 20 für positive Spannungen besteht aus einem Widerstand R3, einem Transistor Q2 und einer Diode D1. Der Widerstand R3 ist mit seinem einen Ende an einen Kollektor des Transistors Q1 angeschlossen, während sein anderes Ende mit der Basis des Transistors Q2 verbunden ist. Der Emitter des Transistors Q2 ist mit einer Anode der Diode D1 verbunden, während sein Kollektor mit einem Verbindungsknoten zwischen einem Ende der Drosselspule Lc und einer Anode des Thyristors SCR1 verbunden ist. Die Kathode der Diode D1 ist mit dem anderen Ende der Drosselspule Lc verbunden.
  • Die Funktionsweise der in Fig. 1 gezeigten Schaltung stellt sich wie folgt dar:
  • Die über den Zündschalter Sw zugeführte Spannung der Batterie Vcc wird durch den Gleichstromwandler 1 auf ungefähr 200 bis 500 V angehoben. Da an den Gateanschluß des Thyristors SCR1 ein Triggersignal zum Unterbrechen der Kraftstoffeinspritzung angeschlossen ist, wird der Thyristor SCR1 beim Anlegen des Triggersignals zum Leiten gebracht, so daß die Ausgangsspannung des Gleichstromwandlers 1 dem piezoelektrischen Element PZT über die Drosselspule Lc und den Thyristor SCR1 zugeführt wird. Unter Zuführung der Spannung verformt sich das piezoelektrische Element PZT und erhält eine vergrößerte Abmessung oder Form. Das piezoelektrische Element PZT wird als ein Ventil für eine Kraftstoffeinspritzöffnung eines Kraftstoffeinspritzgeräts verwendet, wobei das piezoelektrische Element PZT zum Verschließen der Kraftstoffeinspritzöffnung beim Anlegen der Spannung in seiner Abmessung oder Form vergrößert wird. Das bedeutet, daß das piezoelektrische Element PZT synchron zu dem an den Thyristor SCR1 angelegten Triggersignal zum Schließen der Kraftstoffeinspritzöffnung verlängert wird.
  • Andererseits bilden die Drosselspule Lc und die Kapazität des piezoelektrischen Elements PZT eine LC-Resonanzschaltung. Somit können Fälle auftreten, bei denen eine über einer Ausgangsspannung des Gleichstromwandlers 1 befindliche Spannung an das piezoelektrische Element PZT angelegt wird, die dessen Haltespannung überschreitet.
  • Die Zenerdiode ZD1 weist eine Zenerspannung von beispielsweise 900 V auf. Überschreitet die Anodenanschlußspannung des Thyristors SCR1, d. h. die an das Element PZT angelegte Spannung, 900 V, so beginnt der Basisstrom des Transistors Q1 zu fließen und der Kollektorstrom des Transistors Q1 fließt über den Widerstand R3 in die Basis des Transistors Q2. Somit wird der Transistor Q2 zum Leiten gebracht, so daß ein Kollektorstrom fließt. Dies bewirkt, daß der von der Drosselspule Lc über den Thyristor SCR1 fließende Strom jetzt als Kollektorstrom des Transistors Q2 fließt, wobei der durch den Thyristor SCR1 fließende Strom auf einen unterhalb seines Haltestroms befindlichen Wert verringert wird. Dies führt zum Abschalten des Thyristors SCR1, um das Anlegen einer Überspannung an das piezoelektrische Element PZT zu verhindern und die daran angelegte Spannung knapp vor dem Abschalten des Thyristors SCR1 beizubehalten. Folglich wird die Kraftstoffeinspritzöffnung im geschlossenen Ventilzustand gehalten.
  • Eine Überspannungserfassung kann ohne Beeinflussung des piezoelektrischen Elements PZT durch beispielsweise den Leckstrom realisiert werden, da die Überspannung an der Anode des Thyristors SCR1 erfaßt wird. Obwohl die Zenerdiode ZD1 als die Erfassungseinheit 10 für positive Spannungen verwendet wird, ist der aus den Widerständen R1 und R2 aufgebaute Spannungsteiler zum Erfassen der Überspannung ausreichend.
  • Fig. 2 zeigt eine Schaltung mit einem Schutzschaltungsteil zum Verhindern einer negativen Überspannung während der Entladung des piezoelektrischen Elements PZT.
  • In Fig. 2 werden die mit den in Fig. 1 verwendeten Schaltungskomponenten übereinstimmenden Schaltungskomponenten durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Bezugnehmend auf Fig. 2 ist eine Negativspannungserfassungseinheit 30 zum Erfassen eines Kathodenpotentials eines Thyristors SCR2 mit einer Kathode des Thyristors SCR2 verbunden. Ein Ausgang der Negativspannungserfassungseinheit 30 ist mit einer Negativspannungssteuereinheit 40 verbunden, die wiederum mit der Kathode des Thyristors SCR2 verbunden ist, um den Thyristor SCR2 negativ vorzuspannen.
  • Die Funktionsweise der in Fig. 2 gezeigten Schaltung stellt sich wie folgt dar:
  • das piezoelektrische Element PZT wird verlängert, solange eine elektrische Ladung auf dem Element PZT gehalten wird, wobei eine Kraftstoffeinspritzöffnung somit geschlossen wird. Zum Öffnen der Kraftstoffeinspritzöffnung muß die in dem Element PZT gespeicherte elektrische Ladung entladen werden. Die elektrische Entladung wird eingeleitet, wenn das Triggersignal an den Gateanschluß des Thyristors SCR2 angelegt wird, um den Thyristor SCR2 durchzuschalten, wobei die elektrische Ladung über den Thyristor SCR2, die Drosselspule Ld und den Zündschalter Sw zu der Batterie Vcc entladen wird.
  • Die Kapazität des piezoelektrischen Elements PZT führt jedoch in Verbindung mit der Induktivität der Drosselspule Ld zu einem Resonanzvorgang, während die Phase des Stroms aufgrund der Induktivität der Drosselspule Ld gegenüber der Spannung um 90º verzögert wird. Folglich erreicht der Strom ein Maximum einer Sinuswelle, wenn die Spannung über beiden Enden der Drosselspule Ld von einem positiven Wert allmählich auf 0 absinkt. Wenn sich der Strom ausgehend von seinem Maximalwert verringert, so sinkt die Spannung über beiden Enden der Drosselspule Ld von 0V in Richtung einer negativen Spannung. Folglich wird dem piezoelektrischen Element PZT während der elektrischen Entladung eine negative Spannung zugeführt. Falls eine übermäßige negative Spannung anliegt, werden die charakteristischen Merkmale des piezoelektrischen Elements, wie beispielsweise Änderungen in der Größe oder Form, aufgrund der Overshoot- oder Undershoot-Charakteristik (als Butterflycharakteristik bezeichnet) gestört.
  • Wird eine negative Sollspannung angelegt, so beginnt die Zenerdiode ZD2 in der Negativspannungserfassungseinheit 30 zu leiten, wodurch ein Stromfluß durch den Widerstand R4 und den Gateanschluß des Thyristors SCR3 hervorgerufen wird. Dadurch wird der Thyristor SCR3 durchgeschaltet, wobei dessen Kathodenanschluß im wesentlichen Massepotential aufweist. Somit befindet sich auch der Kathodenanschluß des Thyristors SCR2 auf demselben Potential, so daß der Thyristor SCR2 in Sperrrichtung vorgespannt und nichtleitend geschaltet wird. Dadurch kann das Anliegen einer übermäßigen negativen Spannung über dem piezoelektrischen Element PZT verhindert werden.
  • In dem vorgenannten Ausführungsbeispiel wird die negative Spannung durch die Zenerdiode ZD2 erfaßt. Die Erfassung der negativen Spannung kann auch ausschließlich durch einen Spannungsteiler erfolgen. Darüber hinaus kann die Kathodenanschlußspannung des Thyristors SCR2 auch durch Verwenden einer Kombination aus Transistoren oder FETs anstelle des Thyristors SCR3 im wesentlichen auf Massepotential gesteuert werden.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • Fig. 3 zeigt ein modifiziertes Ausführungsbeispiel für die Steuerung der negativen Spannung des piezoelektrischen Elements PZT. In einem dort gezeigten Entladestrompfad des piezoelektrischen Elements PZT ist das eine Ende des Elements PZT auf Masse gelegt und das andere Ende mit einer Anode des zweiten Thyristors SCR2 verbunden, wobei dessen Kathodenanschluß mit einem Ende einer zweiten Drosselspule Ld verbunden ist. Das andere Ende der zweiten Drosselspule Ld ist mit einer Schalteinheit 60 verbunden. Der Spannungserfassungsanschluß einer Negativspannungserfassungs- und Halteeinheit 50 ist mit einem Verbindungsknoten der Drosselspule LD und eines Kathodenanschlußes des Thyristors SCR2 verbunden, während ihr Spannungshalteanschluß mit einem Verbindungsknoten der Drosselspule Ld und der Schalteinheit 60 verbunden ist. Ein Ausgangssignal der Negativspannungserfassungs- und Halteeinheit 50 ist mit der Schalteinheit 60 verbunden, während ein Ausgangsanschluß der Schalteinheit 60 mit einem Ende des Zündschalters Sw und mit einem Eingangsanschuß des Gleichstromwandlers 1 verbunden ist.
  • Bezugnehmend auf die in Fig. 3 gezeigte Negativspannungserfassungs- und Halteschaltung 50 ist ein Kathodenanschuß einer Diode D3 mit einem Spannungserfassungsanschluß verbunden, während ein Anodenanschluß der Diode D3 mit einem Verbindungsknoten eines Endes eines Widerstands R5 und eines Endes eines mit dem Spannungshalteanschluß verbundenen Kondensators C1 verbunden ist. Das andere Ende des Widerstands R5 ist mit einem Anodenanschuß einer Zenerdiode ZD3 verbunden. Ein Kathodenanschluß der Zenerdiode ZD3 ist mit einem Verbindungsknoten eines Endes eines Widerstands R6 und der Basis eines Transistors Q4 verbunden, während das andere Ende des Widerstands R6 und der Emitter des Transistors Q4 mit einem Emitter eines Transistors Q6 der Schalteinheit 60 verbunden sind. Der Kollektor des Transistors Q4 ist über Spannungsteilerwiderstände R7 und R8 mit Masse verbunden. Ein Verbindungsknoten der Widerstände R7 und R8 ist mit der Basis eines Transistors Q5 verbunden. Der Emitter des Transistors Q5 ist mit Masse verbunden, während dessen Kollektor mit der Basis des Transistors Q6 der Schalteinheit 60 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors Q6 ist über einen Lastwiderstand R9 und einen Vorspannungswiderstand R10 mit seiner Basis verbunden, während ein Verbindungsknoten der Widerstände R9 und R10 mit einem Anschluß eines Kondensators C2 und mit einem Spannungshalteanschluß der Drosselspule Ld verbunden ist, wobei der andere Anschluß des Kondensators C2 mit Masse verbunden ist. Der Emitter des Transistors Q6 ist mit einem Eingang des Gleichstromwandlers 1 und mit einem Ende des Zündschalters Sw verbunden.
  • Die Funktionsweise der in Fig. 3 gezeigten Schaltung wird auf Grundlage des Spannungs/Strom-Signalverlaufsdiagramms gemäß Fig. 4 erläutert. Zum Zeitpunkt einer auf ein erstes elektrisches Aufladen des piezoelektrischen Elements PZT folgenden elektrischen Entladung fließt der Entladestrom über den Thyristor SCR2, die Drosselspule Ld und den Transistor Q6. Eine Spannung an einem Knoten VREG stimmt zu diesem Zeitpunkt im wesentlichen mit der Batteriespannung Vcc überein. Da die Diode D3 abgeschaltet ist, ist eine Spannung an einem Knoten VPPZT im wesentlichen 0. Dieser Zustand entspricht einem Punkt A in Fig. 4.
  • Während der elektrischen Entladung erfahren die Spannung und der Strom aufgrund der Drosselspule Ld eine gegenseitige Phasenverschiebung von 90º. Wenn der Entladestrom des piezoelektrischen Elements PZT einen Maximalwert erreicht, so ergibt sich eine mit einer Spannung VREG übereinstimmende Anschlußspannung des piezoelektrischen Elements PZT. Verringert sich der Entladestrom des piezoelektrischen Elements PZT ausgehend von seinem Maximalwert, so wird die Anschlußspannung des piezoelektrischen Elements PZT negativ, während das Potential der Drosselspule Ld auf der Seite des Thyristors SCR2 denselben negativen Wert aufweist. Die Spannung VREG verbleibt jedoch im wesentlichen in Übereinstimmung mit der Spannung Vcc. Wird das Potential der Drosselspule Ld auf der Seite des Thyristors SCR2 negativ, so wird die Diode D3 aufgrund des über der Drosselspule Ld vorliegenden Potentialunterschieds in Durchlaßrichtung vorgespannt. Dies führt zu einem elektrischen Ladungsfluß von dem Knoten VREC zu dem Kondensator C1 und zu der Diode D3. Die Spannung VPPZT weist einen im wesentlichen mit der Anschlußspannung des piezoelektrischen Elements PZT übereinstimmenden negativen Wert auf, und wird mit ihrer Anschlußspannung verringert.
  • Wird die Anschlußspannung des piezoelektrischen Elements PZT weiter verringert und in Übereinstimmung mit einer durch die Zenerdiode ZD3 eingestellten negativen Sollspannung gebracht, wie beispielsweise 300 V, so fließt der Strom durch die Diode D3, die Zenerdiode DZ3 und die Basis des Transistors Q4, um den Transistor Q4 einzuschalten. Dies führt zu einem Kollektorstrom des Transistors Q4 in die Spannungsteilerwiderstände R7 und R8, wodurch eine Basisvorspannung des Transistors Q5 entsteht und der Transistor Q5 eingeschaltet wird. Wird der Transistor Q5 eingeschaltet, so ergibt sich eine Basisvorspannung des Transistors Q6 mit im wesentlichen Massepegel und der Transistor Q6 wird abgeschaltet. Dieser Zustand entspricht einem Punkt B in Fig. 4.
  • Wird der Transistor Q6 abgeschaltet, so fließt der Entladestrom des piezoelektrischen Elements PZT durch den Thyristor SCR2, die Drosselspule Ld und den Transistor Q5. Der Kondensator C2 wird bis zur Unterbrechung des Entladestroms geladen. Somit ergibt sich die Spannung an dem Knoten VREG zu V + ΔVREG, wobei ΔVREG eine Spannungserhöhung mit einem Wert von ungefähr mehreren Volt kennzeichnet. Die Spannung VPPZT verringert sich weiter mit der Anschlußspannung des piezoelektrischen Elements PZT. Wenn der Entladestrom auf 0 verringert ist, so wird Spannung VPPZT durch den Kondensator C1 auf einem negativen Wert von beispielsweise -400 V gehalten. Die Anschlußspannung des Kondensators C1 beträgt auf der VREG-Seite Vcc + ΔVREG, beispielsweise 25 V, und beispielsweise -400 V auf der VPPZT-Seite.
  • Wird das piezoelektrische Element PZT nach dem zweiten Aufladen entladen, da sich der Transistor Q6 jetzt im AUS-Zustand befindet, so fließt der Entladestrom von dem piezoelektrischen Element PZT zu dem Kondensator C2 über den Thyristor SCR2 und die Drosselspule Ld, wobei die Spannung VREG allmählich ansteigt. Da der Vorspannungswiderstand R10 einen hohen Widerstandswert aufweist, ist der durch den Transistor Q5 fließende Strom im wesentlichen vernachlässigbar.
  • Mit zunehmender Spannung VREG steigt auch die Spannung VPPZT über den Kondensator C1 um den Betrag des Spannungsanstiegs VREG. Dies entspricht dem in Fig. 4 gezeigten Zustand gemäß C.
  • Die Spannung des Knotens VREG erhöht sich mit jeder Entladung des piezoelektrischen Elements PZT. Werden die Lade- /Entladezyklen des piezoelektrischen Elements PZT mit zigfacher Häufigkeit wiederholt und die Spannung VREG dadurch um beispielsweise 100 V erhöht, so steigt die Spannung VPPZT beispielsweise von -400 V auf -300 V. Wird die Spannung VPPZT höher als die durch die Zenerdiode DZ3 eingestellte Spannung, wie beispielsweise 300 V, so werden beide Transistoren Q4 und Q5 abgeschaltet, während der Transistor Q6 eingeschaltet wird. Bei eingeschaltetem Transistor Q6 wird der Kondensator C2 entladen, um das Potential an dem Knoten VREG abzusenken. Das Potential des Knoten VPPZT Wird auch über den Kondensator C1 verringert, wodurch der Strom durch die Zenerdiode ZD3 fließt. Dadurch werden die Transistoren Q4 und Q5 eingeschaltet, während der Transistor Q6 abgeschaltet wird. Die Klemmenspannung des piezoelektrischen Elements PZT stimmt zu diesem Zeitpunkt im wesentlichen mit der Spannung an dem Knoten VPPZT überein. Dies entspricht dem in Fig. 4 gezeigten Zustand gemäß D.
  • Danach werden die Potentiale an den Knoten VREG, VPPZT durch das Laden und Entladen des Kontensators C2 erhöht und verringert, wobei der Transistor Q6 wiederholt in der Nähe der durch die Zenerdiode DZ3 eingestellten Spannung ein- und ausgeschaltet wird, zum Beibehalten des Potentials VPPZT auf im wesentlichen demselben Wert. Folglich wird die negative Spannung des piezoelektrischen Elements PZT zum Zeitpunkt der Beendigung der Entladung auf einem konstanten Wert beibehalten.

Claims (2)

1. Kraftstoffeinspritz-Regelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, in der eine in einem piezoelektrischen Element (PZT) gespeicherte elektrische Ladung zu einer Stromquelle entladen wird über einen zweiten Thyristor (SCR2), der den Zeitpunkt einer elektrischen Entladung steuert, eine zweite Drosselspule (Ld) und einen Zündschalter (Sw), mit:
einer Negativspannungserfassungseinheit (30) zum Erfassen einer Spannung an einem Kathodenanschluß des zweiten Thyristors (SRC2); und
einer Negativspannungssteuereinheit (40) zum Steuern der Spannung an dem Kathodenanschluß des zweiten Thyristors (SRC2) auf im wesentlichen ein Massepotential unter Steuerung durch ein Ausgangssignal der Negativspannungserfassungseinheit (30).
2. Kraftstoffeinspritz-Regelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, in der eine in einem piezoelektrischen Element (PZT) gespeicherte elektrische Ladung zu einer Stromquelle entladen wird über einen zweiten Thyristor (SCR2), der den Zeitpunkt einer elektrischen Entladung steuert, eine zweite Drosselspule (Ld) und einen Zündschalter (Sw), mit:
einer Negativspannungserfassungs- und Halteeinheit (30) zum Erfassen einer Spannung an einem Kathodenanschluß des zweiten Thyristors (SRC2) und zum Halten einer elektrischen Ladung; und
einer zwischen der zweiten Drosselspule (Ld) und dem Zündschalter (Sw) angeordneten Schalteinheit (60), die durch die Negativspannungserfassungs- und Halteeinheit (30) gesteuert wird und die Entladung steuert.
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