JP2001349237A - 圧電素子を有する燃料噴射系及び圧電素子を有する燃料噴射系の作動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電素子用の活性化電圧レベルを十分に正確
にセットすることができるようにすること。 【解決手段】 本発明は、例えば、内燃機関内の燃料供
給系でアクチュエータとして使用される圧電素子をチャ
ージするための方法及び装置に関する。方法及び装置
は、圧電素子が作動電圧によって作動され、作動電圧は
圧電素子の温度に対して補正される。圧電素子の温度
は、エネルギバランスモデルを使用して検出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特許請求の範囲請
求項１の上位概念に記載の装置、即ち、圧電素子を充電
及び／又は放電することによって噴射燃料量を制御す
る、圧電素子を有する燃料噴射系、及び、請求項８の上
位概念に記載の方法、即ち、圧電素子を充電及び／又は
放電することによって噴射燃料量を制御する、圧電素子
を有する燃料噴射系の作動方法に関しており、即ち、圧
電素子の充電用の方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ここで詳細に考察する圧電素子は、殊に
排他的ではないが、アクチュエータとして使用される圧
電素子である。圧電素子は、公知のように、この圧電素
子に印加された、又は、この圧電素子内に生じた電圧の
関数として収縮したり、伸張したりする特性を持ってい
る。

【０００３】圧電素子を使用するアクチュエータを実際
に用いることにより、殊に、問題のアクチュエータが高
速及び／又は頻繁な運動を実行する必要がある場合に有
利であるようにすることができる。

【０００４】圧電素子アクチュエータを使用する燃料噴
射系は、１次近似では、圧電素子アクチュエータが、印
加電圧とリニアな伸張との間に比例関係を示すという事
実によって特徴付けられる。圧電素子をアクチュエータ
として使用することにより、殊に、内燃機関用の燃料噴
射ノズルで有利であるように改善することができる。例
えば、ヨーロッパ特許第０３７１４６９号公報及びヨー
ロッパ特許第０３７９１８２号公報を参照すると、燃料
噴射ノズルで圧電素子を用いる点について記載されてい
る。

【０００５】圧電素子は、容量性素子であり、容量性素
子は、既述のように、特定の充電状態又は容量性素子内
に生じる電圧又は容量性素子に印加される電圧に応じて
収縮及び伸張する。燃料噴射ノズルの例では、圧電素子
の伸張及び収縮は、噴射ニードルのリニアストロークを
操作する制御弁に使用される。

【０００６】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７４
２０７３号公報及びドイツ連邦共和国特許出願公開第１
９７２９８４４号公報（その全てが本願明細書に引用さ
れている）には、燃料噴射系内の噴射ニードルを制御す
るために２重作動する、２重弁座バルブを有する圧電素
子が開示されている。

【０００７】内燃機関のシリンダ内への燃料噴射用のニ
ードルのリニアなストロークを制御するための、例え
ば、２重作動、２重弁座バルブとして構成された燃料噴
射ノズルでは、相応のシリンダ内に噴射される燃料量
は、バルブが開かれている時間の関数であり、圧電素子
を用いた場合、バルブのバルブプラグが２重作動制御弁
の２つの弁座の一方に配設されると、このバルブは閉じ
られたままか、又は、閉じられる。この目的は、高い精
度で所望の燃料噴射容量を達成することにあり、例え
ば、予備噴射中、特に小さな噴射噴射容量を達成するこ
とにある。

【０００８】２重作動制御弁の例では、圧電素子は、当
該圧電素子に印加された活性化電圧の作用によって伸張
又は収縮され、その結果、相応の被制御バルブプラグ
が、設定された時間期間中最大燃料流にするように相応
の噴射ニードルを位置調整するための、２重作動制御弁
の２つの弁座間の中程に配置されている。例えば、相応
のバルブプラグが最大燃料流に正確に位置調整されるよ
うに、十分な精度で活性化電圧を決定して印加するのは
難しいことが分かっている。

【０００９】殊に、温度依存のヒステリシス効果を、バ
ルブプラグを正確に位置調整するのに考慮する必要があ
ることが分かっている。例えば、異なった温度で、圧電
素子は、活性化電圧が低い電圧から接近しているか、又
は、高い温度から接近しているかどうかに依存して、異
なった電圧で異なった経過を有している。この効果を考
慮しないと、制御弁の位置及び燃料噴射操作の際に精度
が低下してしまう。更に、圧電素子の温度が極端に高い
か、又は、低くなると、圧電素子の温度を測定して、圧
電素子の温度依存性を補償する所定手段が有効でなくな
ってしまう。この点については、特許出願、名称"Fuel
Injection System"、（attorney docketnumber 10744/5
7、本発明の譲渡人によって本件と同日に提出された）
に詳細に説明されており、その全てが本願明細書に引用
されている。

【００１０】しかし、圧電素子の温度は、一般的に測定
されないので、圧電素子のエネルギバランスモデルは、
直接測定しないで圧電素子の温度を決定するのに使用す
ることができる。これにより、圧電素子の温度を極めて
精確に評価することができ、相応して、制御弁の位置調
整精度を高めることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、請求
項１の上位概念に記載した装置、及び、請求項８の上位
概念に記載した方法を、例えば、バルブプラグを最大燃
料流となるように正確に位置調整するように、圧電素子
用の活性化電圧レベルを十分に正確にセットすることが
できるようにすることにある。特別な圧電素子は、例え
ば、燃料噴射系のような系でアクチュエータとして使用
される幾つかの圧電素子の１つにすることができる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によると、この課
題は、請求項１（装置）の特徴要件及び請求項８（方
法）の特徴要件により解決される。

【００１３】つまり、−圧電素子を充電するための作動
電圧が、特定の圧電素子の温度の関数として設定される
のであり（請求項１の特徴要件）、−充電前に、作動電
圧が、圧電素子を充電するために測定され、作動電圧
は、圧電素子の温度の関数として設定される（請求項８
の特徴要件）。

【００１４】

【発明の実施の形態】有利な実施例は、従属請求項に記
載されている。

【００１５】

【実施例】以下、本発明について図示の実施例を用いて
詳細に説明する。

【００１６】図１０には、アクチュエータとして圧電素
子２０１０を使用する燃料噴射系の略図が示されてい
る。図１０を参照すると、圧電素子２０１０は、所定活
性化電圧に応じて伸張及び収縮するように電力給電され
る。圧電素子２０１０は、ピストン２０１５に結合され
ている。伸張状態では、圧電素子２０１０により、ピス
トン２０１５は、ヒュードロリック流体、例えば、燃料
を含むヒュードロリック（hydraulic）アダプタ2020内
に突入する。圧電素子の伸張の結果として、２重作動制
御弁2025は、ヒュードロリックアダプタ2020からヒュー
ドロリックに押し出され、バルブプラグ2035は、第１の
閉位置2040から拡張される。２重作動制御弁2025及び中
空穴2020を組み合わせて、２重作動、２重弁座弁として
言及されることが屡々あり、その理由は、圧電素子2010
が非励起状態である場合、２重作動制御弁2025は、その
最初の閉位置2040のままである。他方、圧電素子2010が
完全に伸張した場合、この圧電素子は、その第２の閉位
置2030にされる。バルブプラグ2035の後者の位置は、図
１０に一点鎖線で略示されている。

【００１７】燃料噴射系は、噴射ニードル2070を有して
おり、この噴射ニードルにより、圧縮燃料供給ライン20
60から燃料をシリンダ（図示していない）内に噴射する
ことができるようになる。圧電素子2010が励起されない
か、又は、完全に伸張されている場合、２重作動制御弁
2025は、その都度、その最初の閉位置2040、又は、その
第２の閉位置2030にされる。バルブプラグ2035の後者の
位置は、図１０に一点鎖線で略示されている。

【００１８】燃料噴射系は、噴射ニードル2070を有して
おり、この噴射ニードルにより、圧縮燃料供給ライン20
60から燃料をシリンダ（図示していない）内に噴射する
ことができるようになる。圧電素子2010が励起されてい
ないか、又は、完全に伸張されている場合、２重作動制
御弁2025は、その都度、その最初の閉位置2040又はその
第２の閉位置2030にされる。両者の場合に、ヒュードロ
リックレール圧は、噴射ニードル2070を閉位置に維持す
る。従って、燃料混合気はシリンダ（図示していない）
内に入らない。逆に、圧電素子2010が励起されて、２重
作動弁2025が、所謂中空穴2050に関して中間位置にさ
れ、それから、圧力が、圧縮燃料供給ライン2060に低下
される。この圧力低下により、圧縮燃料供給ライン2060
内の圧力差が、噴射ニードル2070の頂部と底部との間と
なり、その結果、噴射ニードル2070は持ち上げられて、
シリンダ（図示していない）内に燃料噴射される。

【００１９】図１には、例えば、２重作動制御弁に作用
する圧電素子を使用する燃料噴射系の実施例での、予め
選択された固定時間周期中の作動電圧Ｕと噴射燃料容積
m_ｅとの関係が図示されている。y軸は、予め選択された
固定時間周期中のシリンダ室内に噴射された燃料の容積
を示す。x軸は、２重作動制御弁のバルブプラグを移動
するのに使用される、相応の圧電素子に印加又は蓄積さ
れた作動電圧を示す。

【００２０】x=0,y=0では、作動電圧Uはゼロであり、バ
ルブプラグは、予め選択された固定時間周期中の燃料流
を阻止する第１の閉位置に位置している。ゼロより大き
な作動電圧Uの値の場合、U_ｏｐｔとして示されるx軸点
に至る迄、作動電圧Uの指示値により、バルブプラグ
は、移動して第１の閉位置から離れ、第２の閉位置に向
かい、そのようにして、固定時間周期の間噴射された燃
料の容積は大きくなり、作動電圧はU_ｏｐｔに達し、y軸
上に指示される容積値はm_{ｅ，ｍａｘ}になる。固定時間
周期の間噴射燃料の最大容積に相応する点m_{ｅ，ｍａｘ}
は、圧電素子に印加されるか、又は、蓄積される作動電
圧値を示し、その結果、第１の閉位置と第２の閉位置と
の間でのバルブプラグが最適に移動する。

【００２１】図１に示されているように、U_ｏｐｔより
も大きな活性化電圧の値の場合に、固定時間周期中噴射
される燃料の容積は、ゼロに達する迄減少する。これ
は、最適点からの、及び、２重作動制御弁の第２の閉位
置に向かった、バルブふラグが第２の閉位置に対向して
位置する迄のバルブプラグの変位を示す。従って、図１
には、活性化電圧により、圧電素子がバルブプラグを最
適点に至る迄変位する場合に生じる燃料噴射の最大容積
が示されている。

【００２２】本発明によると、特定の圧電素子の場合に
所定時間のU_ｏｐｔの値は、その時点での特定の圧電素
子の作動特性によって影響されるということが分かる。
即ち、所定の活性化電圧の場合に圧電素子によって生じ
る変位量は、特定圧電素子の作動特性の関数として変化
する。従って、所定の固定時間周期の間に燃料噴射の最
大容積m_{ｅ，ｍａｘ}に達するために、圧電素子に印加又
は圧電素子で生じる活性化電圧は、特定の圧電素子の電
流作動特性に関する値をU_ｏｐｔを達成するように設定
する必要がある。

【００２３】図２には、上述の２重弁座弁を示す、例示
的な制御弁のストロークのプロフィールを略示する２つ
のグラフが示されている。図２の上側には、ｘ軸が時間
を示し、ｙ軸がバルブプラグの変位量を示す（バルブリ
フト）。図２の下側では、ｘ軸が時間を示し、ｙ軸が、
上側の図のバルブリフトから生じる燃料流を供給するた
めのノズルニードルリフトを示す。上側及び下側の図
は、それぞれｘ軸によって示されているように、相互に
時間が一致している。噴射サイクル中、圧電素子はチャ
ージされて、圧電素子は伸張する。この点について、以
下詳細に説明する。相応のバルブプラグが、第１の閉位
置から、予備噴射ストローク用の第２の閉位置に移動さ
れる（図２の上側に示されている）。図２の下側の図に
は、バルブプラグが、２重作動制御弁の２つの弁座間で
動いて、両弁座間でプラグが動くに連れてバルブが開閉
して生じる小さな燃料噴射が示されている。一般的に
は、圧電素子は、２つのステップでチャージすることが
でき、つまり、第１のステップでは、圧電素子が所定電
圧にチャージされて、バルブが開かれ、第２のステップ
では、圧電素子が更にチャージされて、バルブが再度第
２の閉位置に閉じられる。各ステップ間には、一般的
に、所定の時間遅延がある。

【００２４】予め選択された時間期間後、ディスチャー
ジ作動が実行され（この点について、以下詳細に説明す
る）、その際、圧電素子内のチャージが低減され、その
結果、圧電素子は収縮し（詳細に説明されているよう
に）、バルブプラグが動かされて、第２の閉位置から離
れ、２つの弁座間の中間点に保持される。図１に示され
ているように、圧電素子内の作動電圧は、バルブリフト
の最適点に相応するU_{ｏ ｐｔ}に等しい値に達することが
でき、それにより、主噴射に割り当てられた時間周期の
間最大燃料流m_{ｅ，ｍａｘ}が達成される。図２の上側及
び下側のグラフには、主燃料噴射の結果達成される中間
点でのバルブリフトのホールディングが示されている。

【００２５】主噴射用の時間周期の終了時点で、圧電素
子は、ゼロの作動電圧に放電され、圧電素子は更に収縮
し、バルブプラグが動いて最適位置から離れ、第１の閉
位置に向かい、バルブを閉じて燃料流を停止する（図２
の上側及び下側のグラフに示されている）。この時点
で、バルブプラグは、再度、他の予備噴射、主噴射周期
を繰り返す位置になる（例えば、上述のように）。もち
ろん、何らかの他の噴射周期を実行してもよい。

【００２６】図３には、本発明を実施することができる
装置構成の実施例のブロック図が示されている。

【００２７】図３には、詳細領域Ａ及び非詳細領域Ｂが
あり、それらの分離は、破線ｃによって示されている。
詳細領域Ａは、圧電素子１０，２０，３０，４０，５
０，６０の充電及び放電用の回路を有している。考察し
ている例では、これらの圧電素子１０，２０，３０，４
０，５０，６０は、内燃機関の燃料噴射ノズル（特に、
所謂コモンレール噴射器内の）内のアクチュエータであ
る。圧電素子は、そのような目的のために使用すること
ができる。と言うのは、公知のように、及び上述のよう
に、圧電素子は、それに印加された電圧の関数として収
縮及び膨張するという特性を有しているからである。説
明している実施例で、６個の圧電素子１０，２０，３
０，４０，５０，６０を設ける理由は、内燃機関内で６
個のシリンダを独立に制御するためであり、従って、何
らかの他の個数の圧電素子にしても、何らかの他の目的
に適うかもしれない。

【００２８】非詳細領域Ｂは、制御ユニットＤ及び作動
ＩＣ Ｅを有しており、これら両者によって、詳細領域
Ａ内の各要素は制御され、例えば、本発明により、制御
ユニットＤに入力して当該制御ユニットＤによって使用
するために、内燃機関の燃料圧縮及び回転速度（rpm）
のようなシステム作動特性を測定するための測定システ
ムＦと同様に制御され、以下、詳細に説明する。本発明
によると、制御ユニットＤ及び作動ＩＣ Ｅは、各特定
圧電素子の作動特性の関数として圧電素子用の作動電圧
を制御するようにプログラミングされている。

【００２９】最初に、詳細領域Ａ内の個別要素につい
て、以下説明する。それから、圧電素子１０，２０，３
０，４０，５０，６０の充放電のプロシージャについて
は、一般的に説明する。最後に、制御ユニットＤ及び作
動ＩＣ Ｅを用いて制御される本発明による両プロシー
ジャのやり方について、詳細に説明する。

【００３０】詳細領域Ａ内の回路は、６個の圧電素子１
０，２０，３０，４０，５０，６０を有している。

【００３１】圧電素子１０，２０，３０，４０，５０，
６０は、第１のグループＧ１と第２のグループＧ２とに
配分されており、各々３つの圧電素子（即ち、第１のグ
ループＧ１に圧電素子１０，２０及び３０、乃至、第２
のグループＧ２に圧電素子４０，５０及び６０）を有し
ている。グループＧ１及びＧ２は、相互に他方に並列に
接続された回路部分の構成要素である。グループセレク
タスイッチ３１０，３２０は、圧電素子１０，２０及び
３０乃至４０，５０及び６０のグループＧ１，Ｇ２を形
成するのに使用することができ、各場合に、共通の充放
電装置によって放電される（しかし、グループセレクタ
スイッチ３１０，３２０は、充電プロシージャにとって
は無意味であり、この点について、以下詳細に説明す
る）。

【００３２】グループセレクタスイッチ３１０，３２０
は、コイル２４０と各グループＧ１及びＧ２（そのコイ
ル側の端子）との間に配設されていて、トランジスタと
して実施されている。サイドドライバ３１１，３２１
は、作動ＩＣ Ｅから受信された制御信号を、要求され
ているスイッチを閉じたり開いたりするのに適した電圧
に変換するように実施されている。

【００３３】ダイオード３１５及び３２５（グループセ
レクタダイオードとして言及される）は各々、グループ
セレクタスイッチ３１０，３２０と並列に設けられてい
る。グループセレクタスイッチ３１０，３２０が、例え
ば、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴとして実施されている場
合、これらのグループセレクタダイオード３１５及び３
２５は、寄生ダイオード自体によって構成してもよい。
ダイオード３１５，３２５は、チャージプロシージャー
中グループセレクタスイッチ３１０，３２０をバイパス
する。従って、グループセレクタスイッチ３１０，３２
０の機能は、放電プロシージャーだけのために、圧電素
子１０，２０及び３０乃至４０，５０及び６０のグルー
プＧ１，Ｇ２を選択するのに減らされる。

【００３４】各グループＧ１乃至Ｇ２内で、圧電素子１
０，２０及び３０乃至４０，５０及び６０は、圧電ブラ
ンチ１１０，１２０及び１３０（グループＧ１）及び１
４０，１５０及び１６０（グループＧ２）の構成部とし
て配設されており、これらは並列接続されている。各圧
電ブランチは、圧電素子１０，２０，３０，４０，５０
乃至６０及び抵抗１３，２３，３３，４３，５３乃至６
３（ブランチ抵抗として言及されている）を有する第１
の並列回路と、トランジスタ１１，２１，３１，４１，
５１乃至６１（ブランチセレクタスイッチとして言及さ
れている）として構成されたセレクタスイッチと、ダイ
オード１２，２２，３２，４２，５２乃至６２（ブラン
チダイオードとして言及されている）から構成された第
２の並列回路との直列回路を有している。

【００３５】ブランチ抵抗１３，２３，３３，４３，５
３乃至６３により、相応の圧電素子１０，２０，３０，
４０，５０乃至６０が、チャージプロシージャーの間及
び後に連続的に自らディスチャージする（各容量性の圧
電素子１０，２０，３０，４０，５０乃至６０の両端子
を各々相互に接続しているので）。しかし、ブランチ抵
抗１３，２３，３３，４３，５３乃至６３は充分に大き
くて、このプロシージャーが、以下説明するような制御
されたチャージ及びディスチャージプロシージャーに比
較して緩慢であるようにされる。従って、どんな圧電素
子１０，２０，３０，４０，５０又は６０のチャージ
も、チャージングプロシージャー後の適切な時間内では
非チャージ状態と見なせると仮定するのは理に適ってい
る（それにもかかわらず、この理由により、ブランチ抵
抗１３，２３，３３，４３，５３及び６３が、システム
の故障又は他の例外的な状況の場合に、圧電素子１０，
２０，３０，４０，５０及び６０上に電荷が残るのを回
避することができる）。従って、ブランチ抵抗１３，２
３，３３，４３，５３及び６３は、以下の説明では省略
する。

【００３６】個別の圧電ブランチ１１０，１２０，１３
０，１４０，１５０乃至１６０内のブランチセレクタス
イッチ／ブランチダイオード対、即ち、セレクタスイッ
チ１１及び圧電ブランチ１２０内のダイオード１２等
は、寄生ダイオードを有する電子スイッチ（即ち、トラ
ンジスタ）、例えば、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ（グル
ープセレクタスイッチ／ダイオード３１０及び３１５乃
至３２０及び３２５）を使用して実施することができ
る。

【００３７】ブランチセレクタスイッチ１１，２１，３
１，４１，５１乃至６１は、圧電素子１０，２０，３
０，４０，５０又は６０のブランチを形成するのに使用
することができ、圧電素子１０，２０，３０，４０，５
０又は６０は、どんな場合でも共通のチャージ及びディ
スチャージ装置によってチャージされる：つまり、各場
合に、チャージされた圧電素子１０，２０，３０，４
０，５０又は６０は全てチャージされ、これらのブラン
チセレクタスイッチ１１，２１，３１，４１，５１又は
６１は、以下説明するチャージプロシージャー中閉じら
れる。通常、何時でも、ブランチセレクタスイッチは１
つしか閉じられない。

【００３８】ブランチダイオード１２，２２，３２，４
２，５２及び６２は、ディスチャージプロシージャー
中、ブランチセレクタスイッチ１１，２１，３１，４
１，５１乃至６１をバイパスするために使われる。従っ
て、チャージプロシージャーの場合に考察している例で
は、どの個別圧電素子を選択してもよく、他方、ディス
チャージプロシージャーの場合には、第１のグループＧ
１又は第２のグループＧ２の圧電素子１０，２０，３
０，４０，５０又は６０のどちらか又は両方を選択する
必要がある。

【００３９】圧電素子１０，２０，３０，４０，５０又
は６０自体を再チューニングする場合、ブランチセレク
タ圧電端子１５，２５，３５，４５，５５乃至６５は、
ブランチセレクタスイッチ１１，２１，３１，４１，５
１乃至６１、又は、相応のダイオード１２，２２，３
２，４２，５２乃至６２のどちらかのグループに接続さ
れ、及び、両方の場合に付加的に抵抗３００によって接
続される。

【００４０】抵抗３００の目的は、圧電素子１０，２
０，３０，４０，５０又は６０のチャージ及びディスチ
ャージ中、ブランチセレクタ圧電端子１５，２５，３
５，４５，５５乃至６５とアースとの間に流れる電流を
測定することである。これらの電流を検知することによ
り、圧電素子１０，２０，３０，４０，５０又は６０の
チャージ及びディスチャージを制御することができるよ
うになる。特に、チャージスイッチ２２０及びディスチ
ャージスイッチ２３０を、電流の大きさに依存して開閉
することにより、チャージ電流及びディスチャージ電流
を所定平均値に設定することができ、及び／又は、所定
最大値を超過するか、及び／又は、所定最小値を下回っ
た状態に保持することができる（以下詳述する）。

【００４１】考察している例では、測定自体は、更に、
例えば、５Ｖ ＤＣの電圧を供給する電圧源６２１を必
要とし、更に、２つの抵抗６２２及び６２３として構成
された分圧器を必要とする。これは、作動ＩＣ Ｅ（こ
れにより測定が実行される）が負の電圧になるのを阻止
するためである。さもないと、測定点６２０に負の電圧
が生じて、作動ＩＣ Ｅを用いて処理することができな
くなり：つまり、そのような負の電圧は、前記電圧源６
２１及び分圧抵抗６２２及び６２３によって給電される
正の電圧セットアップとの加算により正の電圧にチャー
ジされる。

【００４２】各圧電素子１０，２０，３０，４０，５０
又は６０の他方の端子、即ち、グループセレクタ圧電端
子１４，２４，３４，４４，５４乃至６４は、グループ
セレクタスイッチ３１０乃至３２０又はグループセレク
タダイオード３１５乃至３２５を介して、同様に、コイ
ル２４０及びチャージングスイッチ２２０とチャージン
グダイオード２２１とから構成された並列回路を介し
て、電圧源のプラス極に接続されており、択一選択的
に、又は、付加的に、グループセレクタスイッチ３１０
乃至３２０又はダイオード３１５乃至３２５同様にコイ
ル２４０と、ディスチャージングスイッチ２３０又はデ
ィスチャージングダイオード２３１とから構成された並
列回路とを介してアースに接続されている。チャージン
グスイッチ２２０及びディスチャージングスイッチ２３
０は、トランジスタ、例えば、サイドドライバ２２２乃
至２３２を介して制御されるトランジスタとして構成さ
れている。

【００４３】実施例で考察している容量特性のある素子
を有する電圧源は、（バッファ）キャパシタ２１０であ
る。キャパシタ２１０は、バッテリ２００（例えば、エ
ンジン自動車バッテリ）及びその下流側のＤＣ電圧コン
バータ２０１によってチャージされる。ＤＣ電圧コンバ
ータ２０１は、バッテリ電圧（たとえば、１２Ｖ）を実
質的に他のＤＣ電圧（例えば、２５０Ｖ）に変換し、キ
ャパシタ２１０をその電圧にチャージする。ＤＣ電圧コ
ンバータ２０１は、トランジスタスイッチ２０２及び抵
抗２０３を用いて制御され、この抵抗２０３は、測定点
６３０の電流測定のために利用される。

【００４４】クロスチェックの目的のために、測定点６
５０での別の電流測定は、作動ＩＣＥ並びに抵抗６５
１，６５２及び６５３及び５Ｖ ＤＣ電圧、例えば、電
源６５４によって行うことができ：更に、測定点６４０
での電圧測定は、作動ＩＣＥ並びに分圧抵抗６４１及び
６４２によって行うことがてきる。

【００４５】最後に、抵抗３３０（トータルディスチャ
ージ抵抗として言及されている）、トランジスタ３３１
（ストップスイッチとして言及されている）として構成
されたストップスイッチ、ダイオード３３２（トータル
ディスチャージダイオードとして言及されている）は、
圧電素子１０，２０，３０，４０，５０及び６０をディ
スチャージするのに使用される（以下詳述するような
「通常の」ディスチャージ作動によってディスチャージ
されない事態が生じた場合）。ストップスイッチ３３１
は、有利には、「通常の」ディスチャージプロシージャ
ー（ディスチャージスイッチ２３０を介しての周期的な
ディスチャージ）後に閉じられる。それにより、圧電素
子１０，２０，３０，４０，５０及び６０は、抵抗３３
０及び３００を介してアースに接続され、従って、圧電
素子１０，２０，３０，４０，５０及び６０内に残留し
ていることがある何らかの残留チャージが除去される。
トータルディスチャージダイオード３３２は、圧電素子
１０，２０，３０，４０，５０及び６０に負の電圧（場
合によっては、これによりダメージを受けることがあ
る）が生じないようにする。

【００４６】全ての圧電素子１０，２０，３０，４０，
５０及び６０の全て、又は、何らかの特定の圧電素子の
チャージ及びディスチャージは、単一のチャージ及びデ
ィスチャージ装置（グループ及びその圧電素子全てに共
通に）を用いて実施される。考察している実施例では、
共通のチャージ及びディスチャージ装置は、バッテリ２
００、ＤＣ電圧コンバータ２０１、キャパシタ２１０、
チャージスイッチ２２０及びディスチャージスイッチ２
３０、チャージダイオード２２１及びディスチャージダ
イオード２３１及びコイル２４０を有している。

【００４７】各圧電素子のチャージ及びディスチャージ
は、同じやり方で行われ、以下、第１の圧電素子１０だ
けを用いて説明する。

【００４８】チャージ及びディスチャージプロシージャ
の間生じる条件については、図４ａ〜４ｄを用いて説明
する。その内、図４ａ及び４ｂは、圧電素子１０のチャ
ージを示し、図４ｃ及び４ｄは、圧電素子１０のディス
チャージを示す。

【００４９】１つ以上の圧電素子１０，２０，３０，４
０，５０又は６０の、チャージ又はディスチャージされ
るべきものの選択は、ディスチャージプロシージャ同様
な以下説明するようなチャージプロシージャは、作動Ｉ
Ｃ Ｅ及び制御ユニットＤによって、上述のスイッチ１
１，２１，３１，４１，５１，６１；３１０，３２０；
２２０，２３０及び３３１の１つ以上開閉を用いて作動
される。詳細領域Ａと、作動ＩＣ Ｅ及び制御ユニット
Ｄとの各素子間の相互作用について、以下更に説明す
る。

【００５０】チャージプロシージャーに関しては、最初
に特定の、チャージされるべき圧電素子１０，２０，３
０，４０，５０又は６０が選択される。排他的に第１の
圧電素子１０をチャージするために、第１のブランチ１
１０のブランチセレクタスイッチ１１が閉じられ、それ
以外のブランチセレクタスイッチ２１，３１，４１，５
１及び６１は全て開かれ続ける。排他的に他の圧電素子
２０，３０，４０，５０，６０をチャージするために、
又は、同時に幾つかの圧電素子をチャージするために、
相応のブランチセレクタスイッチ２１，３１，４１，５
１及び／又は６１を閉じることによって選択される。

【００５１】その際、チャージプロシージャ自体は以下
のようにして行われる：一般的に、考察している例で
は、チャージプロシージャは、キャパシタ２１０と第１
の圧電素子１０のグループセレクタ圧電端子１４との正
の電位差を必要とする。しかし、チャージスイッチ２２
０とディスチャージスイッチ２３０とが開かれている限
り、圧電素子１０のチャージ又はディスチャージは行わ
れない：この状態では、図３に示されている回路は、定
常状態条件内であり、即ち、圧電素子１０は、そのチャ
ージ状態を実質的に変化しないように保持し、電流は流
れない。

【００５２】第１の圧電素子１０をチャージするため
に、チャージスイッチ２２０は閉じられる。理論的に
は、第１の圧電素子１０は、そのようにすることによっ
てチャージされる。しかし、これは、大きな電流を生
じ、含まれている素子にダメージを与えることがある。
従って、発生電流は、測定点６２０で測定され、スイッ
チ２２０は、検出電流が所定限界を超過すると即座に再
度開けられる。従って、第１の圧電素子１０に所望のチ
ャージを達成するために、チャージスイッチ２２０は、
繰り返し閉じたり開けられたりし、ディスチャージスイ
ッチ２３０は開かれたままである。

【００５３】詳細には、チャージスイッチ２２０が閉じ
られると、図４ａに示された状態が生じ、即ち、圧電素
子１０、キャパシタ２１０，コイル２４０から構成され
た直列回路を含む閉回路が形成され、その際、電流ｉ
_ＬＥ（ｔ）が図４ａに矢印で示されているように流れ
る。この電流が流れた結果として、両方の正のチャージ
は、第１の圧電素子１０のグループセレクタ圧電端子１
４に流され、エネルギがコイル２４０に蓄積される。

【００５４】チャージスイッチ２２０が閉じられていた
後短時間（例えば、数μｓ）開いた場合、図４ｂに示さ
れた状態が生じる：圧電素子１０，チャージダイオード
２２１、及び、コイル２４０から構成された直列回路を
有する閉回路が形成され、この閉回路内で、電流ｉ
_μ（ｔ）が、図４ｂに矢印により示されたように流れ
る。この電流の結果、コイル２４０内に蓄積されたエネ
ルギが圧電素子１０内に流れる。圧電素子１０に分配さ
れたエネルギに相応して、圧電素子に生じた電圧、及
び、圧電素子の外寸が増大する。コイル２４０から圧電
素子１０へエネルギが転送されると、図３に示されてい
て既に説明したような、回路の定常状態条件に再度達す
る。

【００５５】その時点で、又は、それよりも早く、又
は、それよりも遅く（チャージ作動の所望の時間プロフ
ィールに依存して）、チャージスイッチ２２０が再度閉
じられ、再度開かれ、その結果、上述のプロセスが繰り
返される。チャージスイッチ２２０の再閉及び再開の結
果として、圧電素子１０内に蓄積されたエネルギが増大
し（圧電素子１０内に既に蓄積されたエネルギ及び新規
に分配されたエネルギは、一緒に加算される）、圧電素
子１０に生じる電圧、及び、その外寸は、それにより増
大する。

【００５６】チャージスイッチ２２０の前述の開閉が数
回繰り返された場合、圧電素子１０に生じる電圧、及
び、圧電素子１０の膨張が段階的に増大する。

【００５７】チャージスイッチ２２０が所定回数開閉さ
れると、及び／又は、圧電素子１０が所望のチャージ状
態に達すると、圧電素子のチャージは、チャージスイッ
チ２２０が開かれることによって終了される。

【００５８】ディスチャージプロシージャに関しては、
考察している実施例では、圧電素子１０，２０，３０，
４０，５０，６０は、以下のようなグループ（Ｇ１及び
／又はＧ２）で放電される：最初に、グループ又はグル
ープＧ１及び／又はＧ２のグループセレクタスイッチ３
１０及び／又は３２０の、放電される必要がある圧電素
子が閉じられる（ブランチセレクタスイッチ１１，２
１，３１，４１，５１，６１が、ディスチャージプロシ
ージャの場合に、圧電素子１０，２０，３０，４０，５
０，６０の選択に影響を及ぼさず、つまり、この場合
に、これらは、ブランチダイオード１２，２２，３２，
４２，５２，６２によってバイパスされるからであ
る）。従って、第１のグループＧ１の部分として圧電素
子１０を放電するために、第１のグループセレクタスイ
ッチ３１０が閉じられる。

【００５９】ディスチャージスイッチ２３０が閉じられ
ている場合、図４に示された状態が生じる：圧電素子１
０及びコイル２４０から構成された直列回路を有する閉
回路が形成され、この閉回路内には、図４ｃに矢印によ
って示されたように電流ｉ_{Ｅ Ｅ}（ｔ）が流れる。この電
流の結果、圧電素子内に蓄積されたエネルギ（その一部
分）が、コイル２４０に搬送される。圧電素子１０から
コイル２４０に搬送されたエネルギに相応して、圧電素
子１０に生じる電圧、及び、その外寸が減少する。

【００６０】ディスチャージスイッチ２３０が、閉じら
れていた後短時間（例えば、数μｓ）、図４ｄに示され
た状態が生じる：圧電素子１０、キャパシタ２１０、デ
ィスチャージダイオード２３１、及び、コイル２４０か
ら構成された直列回路を含む閉回路が形成される。この
閉回路内には、電流ｉ_ＥＡ（ｔ）が、図４ｄに矢印によ
って示されたように流れる。この電流が流れた結果、コ
イル２４０内に蓄積されたエネルギがキャパシタ２１０
に戻される。コイル２４０からキャパシタ２１０にエネ
ルギが搬送されると、回路の定常状態が図３に示されて
いるように、既述のように、再度達成される。

【００６１】その時点で、又は、それ以前、又はそれ以
降（放電作動の所望の時間プロフィールに依存して）、
ディスチャージスイッチ２３０は、再度開閉を繰り返
し、その結果、上述のプロセスが繰り返される。ディス
チャージスイッチ２３０が再度開閉を繰り返す結果、圧
電素子１０内に蓄積されたエネルギが更に減少し、圧電
素子に生じる電圧、及び、その外寸がそれに応じて減少
する。

【００６２】ディスチャージスイッチ２３０の前述の開
閉が数回繰り返されると、圧電素子１０に生じる電圧、
及び、その圧電素子１０の膨張が段階的に減少される。

【００６３】ディスチャージスイッチ２３０が所定回数
開閉されると、及び／又は、圧電素子が所望の放電状態
に達すると、圧電素子１０の放電が、ディスチャージス
イッチ２３０が開かれることによって終了される。

【００６４】作動ＩＣ Ｅ及び制御ユニットＤと、詳細
領域Ａ内の各要素との相互作用が、ブランチセレクタ制
御線４１０，４２０，４３０，４４０，４５０，４６
０、グループセレクタ制御線５１０，５２０、ストップ
スイッチ制御線５３０、チャージスイッチ制御線５４０
及びディスチャージスイッチ制御線５５０及び制御線５
６０を介して、作動ＩＣ Ｅから詳細領域Ａ内の各要素
へ送信される制御信号によって実行される。他方、セン
サ線７００，７１０，７２０，７３０，７４０，７５０
を介して作動ＩＣ Ｅに伝送される、詳細領域Ａ内の測
定点６００，６１０，６２０，６３０，６４０，６５０
で得られたセンサ信号が用いられる。

【００６５】制御線は、既述のように相応のスイッチを
開閉することにより、１つ又は幾つかの圧電素子１０，
２０，３０，４０，５０，６０のチャージ又はディスチ
ャージプロシージャを実行するために、圧電素子１０，
２０，３０，４０，５０，６０を選択するのに、トラン
ジスタベースに電圧を印加するか、又は、印加しないよ
うに使用される。センサ信号は、特に、測定点６００乃
至６１０の測定及び測定点６２０からの充放電電流の測
定から圧電素子１０，２０及び３０乃至４０，５０及び
６０の合成電圧を決定するのに使用される。制御ユニッ
トＤ及び作動ＩＣ Ｅは、以下図３及び５を用いて詳細
に説明するように、制御ユニットＤ及び作動ＩＣ Ｅの
両者の相互作用を実行するために、両方の種類の信号を
結合するために使用される。

【００６６】図３に示されているように、制御ユニット
Ｄ及び作動ＩＣ Ｅは、並列バス８４０を用いて、及
び、付加的に直列バス８５０を用いて相互に接続されて
いる。並列バス８４０は、特に、制御ユニットＤから作
動ＩＣ Ｅに制御信号を高速伝送するのに使用され、他
方、直列バス８５０は、遅速なデータ転送用に使用され
る。

【００６７】図５には、幾つかのコンポーネントが示さ
れており、作動ＩＣ Ｅは、論理回路８００、ＲＡＭメ
モリ８１０、デジタル／アナログ変換器システム８２０
及び比較器システム８３０を含む。更に、高速並列バス
８４０（制御信号用に使用される）は、作動ＩＣ Ｅの
論理回路８００に接続されており、遅速な直列バス８５
０は、ＲＡＭメモリ８１０に接続されている。論理回路
８００は、ＲＡＭメモリ８１０、比較器システム８３０
及び信号線４１０，４２０，４３０，４４０，４５０，
４６０；５１０，５２０；５３０；５４０，５５０，５
６０に接続されている。ＲＡＭメモリ８１０は、論理回
路８００並びにデジタル／アナログ変換器システム８２
０に接続されている。デジタル／アナログ変換器システ
ム８２０は、更に、比較器システム８３０に接続されて
いる。比較器システム８３０は、更に、直列線７００及
び７１０；７２０；７３０，７４０及び７５０、及び、
既述のように、論理回路８００に接続されている。

【００６８】上述の各コンポーネントは、例えば、以下
のようなチャージプロシージャで使用される：制御ユニ
ットＤを用いて、所定のターゲット電圧にチャージされ
るべき特定の圧電素子１０，２０，３０，４０，５０，
６０が決定される。従って、最初に、ターゲット電圧の
値（デジタル数によって表現された）は、遅速な直列バ
ス８５０を介してＲＡＭメモリ８１０に伝送される。タ
ーゲット電圧は、例えば、図１に関して上述のような、
主噴射で使用されるＵ_ｏｐｔの値である。事後に、又
は、同時に、選択されるべき特定の圧電素子１０，２
０，３０，４０，５０又は６０に相応するコード、及
び、ＲＡＭメモリ８１０内の所望の電圧のアドレスが、
並列バス８４０を介して論理回路８００に伝送される。
その後、ストロボ信号は、並列バス８４０を介して論理
回路８００に送信され、それにより、チャージプロシー
ジャ用のスタート信号が供給される。

【００６９】スタート信号により、最初に、論理回路８
００がＲＡＭメモリ８１０からターゲット電圧を取り出
し、ターゲット電圧をデジタル／アナログ変換器システ
ム８２０に転送し、その際、デジタル／アナログ変換器
システム８２０の１アナログ出力側から所望の電圧が出
力される。更に、前記のアナログ出力側（図示していな
い）は、比較器システム８３０に接続されている。それ
に加えて、論理回路８００は、測定点６００（第１のグ
ループＧ１の圧電素子１０，２０，３０のどれか）、又
は、測定点６１０（第２のグループＧ２の圧電素子４
０，５０又は６０のどれか）を、比較器システム８３０
に対して選択する。その結果、選択された圧電素子１
０，２０，３０，４０，５０又は６０のターゲット電圧
及びプリセット電圧は、比較器システム８３０によって
比較される。比較の結果、即ち、ターゲット電圧とプリ
セット電圧との間の差が、論理回路８００に伝送され
る。それにより、論理回路８００は、ターゲット電圧及
びプリセット電圧が相互に等しくなると即座にこのプロ
シージャを停止することができる。

【００７０】第２に、論理回路８００は、制御信号を、
選択された圧電素子１０，２０，３０，４０，５０又は
６０に相応するブランチセレクタスイッチ１１，２１，
３１，４１，５１又は６１に供給し、その結果、スイッ
チは閉じられる（説明した例でのチャージプロシージャ
のオンセット前に全てのセレクタスイッチ１１，２１，
３１，４１，５１及び６１が開状態であるように考慮さ
れる）。それから、論理回路８００は、制御信号をチャ
ージスイッチ２２０に供給し、その結果、スイッチは閉
じられる。更に、論理回路８００は、測定点６２０で生
じる電流を測定開始（又は、測定継続）する。このため
に、測定電流は、比較器システム８３０によって所定最
大値と比較される。この所定最大値が、検出電流によっ
て達成されると即座に、論理回路８００は、チャージス
イッチ２２０を再度開く。

【００７１】再度、測定点６２０での残留電流が検出さ
れ、所定の最小値と比較される。前述の所定最小値が達
成されると即座に、論理回路８００は、チャージスイッ
チ２２０を再度閉じられ、再度プロシージャを開始す
る。

【００７２】チャージスイッチ２２０の開閉は、測定点
６００又は６１０での検出電圧がターゲット電圧以下で
ある限り繰り返される。ターゲット電圧が達成されると
即座に、論理回路は、プロシージャの継続を停止する。

【００７３】ディスチャージプロシージャは、相応のや
り方で行われる：圧電素子１０，２０，３０，４０，５
０，６０の選択は、グループセレクタスイッチ３１０乃
至３２０、チャージスイッチ２２０の代わりにディスチ
ャージスイッチ２３０を用いて達成され、開閉されて、
所定の最小ターゲット電圧が達成される。

【００７４】圧電素子１０，２０，３０，４０，５０，
６０での充放電作動のタイミング及び電圧レベルの保持
は、例えば、主噴射の時間は、バルブストロークに従っ
て、例えば、図２に示されているようにすることができ
る。

【００７５】前述の充放電プロシージャのやり方は、例
としてだけ挙げたものである。従って、上述の回路又は
他の回路を利用する他のプロシージャは、所望の目的に
マッチしており、相応のプロシージャを、上述の例の代
わりに使用してもよい。

【００７６】図６には、内燃機関２５０５を制御するた
めの構成が示されている。この構成は、基本電圧計算ユ
ニット２５００を含んでおり、この基本電圧計算ユニッ
トは、図６の詳細領域Ａ内に含まれている回路の圧電素
子１０，２０，３０，４０，５０，６０に印加される基
本電圧を計算する（詳細領域Ａは、図４に示されてい
る）。基本電圧計算ユニット２５００は、燃料噴射系の
加圧燃料供給ライン内の圧力Ｐ_ｒａｉｌに依存する。有
利な実施例では、基本電圧は、第１の補正ブロック２５
０１を介して温度補正値Ｋ_τを使用して補正される。第
１の補正ブロック２５０１からの出力は、補正された基
本電圧である。この補正された基本電圧は、有利には、
経年変化補正値Ｋ_Ａを使用して第２の又は後続の補正ブ
ロック２５０２によって補正される。第１及び第２の補
正ブロック２５０１及び２５０２は、有利には、乗算器
であり、即ち、基本電圧は、温度補正値Ｋ_τによって乗
算され、出力は、第２又は後続の補正ブロック２５０２
に入力され、経年変化補正値Ｋ_Ａによって乗算される。
経年変化補正値Ｋ_Ａは、補正値計算ユニット２５１２を
介して計算される。補正ブロック２５０２及び補正値計
算ユニット２５１２は、補償ユニット２５１１の部分で
ある。第２の又は後続の補正ブロック２５０２の出力
は、有利には、更に、第３又は後続の補正ブロック２５
０３を介して、オンライン補正値Ｋ_ｏを使用して補正さ
れる。第３又は後続の補正ブロック２５０３は、有利に
は、加算器によって実行され、即ち、オンライン補正値
Ｋ_ｏは、有利には、第２又は後続の補正ブロック２５０
２の出力に加算される。第３又は後続の補正ブロック２
５０３の出力は、有利には、電圧及び電圧勾配制御器２
５０４を介して供給される。

【００７７】基本電圧計算ユニット２５００及び補正ブ
ロック２５０１，２５０２，２５０３、並びに、電圧及
び電圧勾配制御器２５０４は、図４の制御ユニットＤ内
で実施されるソフトウエアモジュールである。

【００７８】更に、図６では、電圧及び電圧勾配制御器
２５０４は、図４に示された作動ＩＣ Ｅに、直列バス
８５０を介して接続されている。作動ＩＣ Ｅは、詳細
領域Ａ内の回路に、信号線４１０，４２０，４３０，４
４０，４５０，４６０，５１０，５２０，５３０，５４
０，５５０，５６０，７００，７１０，７２０，７３
０，７４０及び７５０を介して接続されている。内燃機
関２５０５への燃料噴射は、図４の詳細領域Ａ内の回路
の圧電素子１０，２０，３０，４０，５０，６０を介し
て制御される。内燃機関２５０５の回転速度が測定さ
れ、燃料補正ユニット２５０６内に供給される。燃料補
正ユニット２５０６は、周波数アナライザを有してお
り、この周波数アナライザは、回転速度の周波数を評価
する。燃料補正ユニット２５０６は、内燃機関２５０５
の各個別シリンダに対する、この周波数解析に依存して
燃料補正値Δｍ_Ｅを計算する。

【００７９】図６に示された構成は、所望の燃料容積ｍ
_Ｅを計算する燃料容積計算ユニット２５０７を含む。所
望の燃料容積は、加算器２５０８を介して燃料補正値Δ
ｍ_Ｅに加算される。所望の燃料容積は、燃料容積補正値
Δｍ_Ｅに、加算器２５０８を介して加算される。所望の
燃料容積ｍ_Ｅと燃料容積補正値Δｍ_Ｅとの和は、燃料測
定ユニット２５０９に供給される。燃料測定ユニット
は、内燃機関２５０５に燃料を噴射するために、電圧が
圧電素子１０，２０，３０，４０，５０，６０に供給さ
れるべき時間を計算する。燃料補正ユニット２５０６、
加算器２５０８、燃料容積計算ユニット２５０７、及
び、燃料測定ユニット２５０９は、制御ユニットＤ内で
実施される。内燃機関２５０５に燃料を噴射するため
に、電圧が、圧電素子１０，２０，３０，４０，５０，
６０に印加されるべき時点をシグナリングする時間信号
は、燃料測定ユニット２５０９から作動ＩＣ Ｅに、並
列バス８４０を介して伝送される。

【００８０】オンライン補正値Ｋ_ｏは、オンライン最適
化ユニット２５１０によって計算される。オンライン最
適化ユニット２５１０は、燃料補正ユニット２５０６に
よって計算された燃料補正値Δｍ_Ｅに依存してオンライ
ン補正値Ｋ_ｏを計算する。

【００８１】図７には、圧電素子トラベル又はリフト
と、温度との関係を示す図が示されている。図７に示さ
れているように、特に０℃以下で、圧電素子のリニアな
膨張により、強い温度依存性があることが示される。従
って、圧電素子を使用して、燃料噴射系内のノズルニー
ドルを正確に配置するために、この温度依存性を考慮す
る必要がある。

【００８２】前述のように、圧電素子の温度を直接測定
するのが実際上難しいことが度々ある。従って、温度依
存性が考慮される必要がある場合、圧電素子の温度を決
定する他のやり方は、圧電素子温度を決定するために、
アクチュエータのエネルギバランスを使用することもで
きる。

【００８３】例えば、電気エネルギＷ_ｅｌは、圧電素子
に、電気駆動システムによって供給される。

【００８４】Ｗ_ｅｌは、圧電素子をチャージするのに必
要なエネルギと、圧電素子をディスチャージする間除去
されるエネルギとの差である。アクチュエータは、この
エネルギＷ_ｅｌを熱及び制御バルブ、従って、ノズルニ
ードルを動かすための機械的なエネルギに変換する。変
換されたエネルギは、１次近似では、約８０：２０の熱
エネルギ対機械的なエネルギの比を示す。この比は、燃
料噴射系のレール圧Ｐ _ｒａｉｌへの所定の依存性を示
す。

【００８５】Ｗ_ｅｌに加えて、熱、及び機械的なエネル
ギ、エネルギバランスモデルは、圧電素子と環境との熱
交換を考慮する必要がある。例えば、圧電素子温度が環
境（インジェクタ、エンジン）の周囲温度よりも高い場
合、熱は散逸される。さもないと、熱が供給される。つ
まり、熱交換が大きくなればなるほど、圧電素子と環境
との温度差も大きくなる。

【００８６】供給された、即ち、純電気エネルギは、単
に制御ユニットＤで検出することができ、その結果、駆
動サイクル中圧電素子のエネルギ消費が分かる。更に、
エンジン速度及び駆動プロフィールに基づいて、圧電素
子によって経過された駆動サイクル数が分かる。

【００８７】図８には、アクチュエータとして使用され
る圧電素子のエネルギ損失対温度の図が示されている。

【００８８】図９には、既述のような圧電素子エネルギ
バランスをモデリングした機能構造が示されている。

【００８９】圧電素子温度を検出するために、以下の情
報が使用される。第１に、熱が電気駆動システムによっ
て供給される。

【００９０】１．Ｗ_ｅｌ＝Ｑ Ｗ_ｅｌは、圧電素子に供給される電気エネルギであり、
Ｑは、圧電素子に供給される熱エネルギである。Ｑから
ボディの温度を検出するために、以下の式が使用され
る； ２．Ｑ＝ｃ ｍ ｄＴ ｃは、特定の熱キャパシタンスであり、ｍは、質量、ｄ
Ｔは、温度増加量である。第２に、圧電素子と環境との
熱交換が考慮される。

【００９１】３．Ｑ＝ｃ ｍ （Ｔ−Ｔｍ） ここでは、Ｔは、圧電素子温度、Ｔｍは、周囲温度と相
応の質量と熱キャパシタンス関係から検出された混合温
度である。

【００９２】その結果、圧電素子温度は； ４．Ｔ（ｎ＋１）＝Ｔ（ｎ）＋Ｑ_ｅｆｆ／（ｃ ｍ） ここで、Ｑ_ｅｆｆは、圧電素子の温度に貢献する有効熱
量、ｎは、時間増分を示す。この量は、供給された電気
エネルギ、機械的なエネルギと環境との熱交換との差と
して表現される。

【００９３】図９から分かるように、Ｗ
_{ｅｌ，ｉｎｐｕｔ}（熱エネルギに相応する電気エネル
ギ）及びＷ入力（機械的なエネルギ）が圧電素子に入
り、ＷＷとして示されている環境との熱交換があり、熱
及び機械的な出力（各々Ｗ_{ｅｌ，ｉｎｐｕｔ}及びＷ
_{ｏｕｔｐｕｔ}）が出力される。

【００９４】温度の初期値として、水温又はエンジンオ
イル温度を、エンジンスタート時に使用することができ
る。分かっていない熱キャパシタンスを明示的に検出す
る必要はない。その代わり、圧電素子の材料定数を決定
するための上述のモデルを使用して一連の測定を実行す
ることができ、つまり、環境へのエネルギ放出の概算値
を検出することができる。

【００９５】しかし、圧電素子に影響する主要因は、電
気駆動である。特に、チャージ及びディスチャージサイ
クル数及びその周波数が重要要因である。

【００９６】この方法及び装置を使用して、圧電素子温
度は、他のプロセスと対比させた駆動データから直接得
られる。

【００９７】エネルギをバランスすることによって、圧
電素子温度が得られる。

【００９８】

【発明の効果】本発明によると、圧電素子の温度ヒステ
リシス効果を補償することができるようになる。本発明
により達成される利点は、この温度ヒステリシス効果の
考察により達成され、アクチュエータの最大経過を、極
めて大きな精度で評価することができ、従って、駆動電
圧を調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】２重作動制御弁の例での固定時間周期内での作
動電圧と噴射燃料容積との間の関係を示す図

【図２】２重作動制御弁の例での例示的な制御弁ストロ
ークと相応のノズルニードルリフトのプロフィール略図

【図３】本発明が実施される装置構成の実施例のブロッ
ク図

【図４ａ】図３の回路での第１のチャージ期間中（チャ
ージスイッチ２２０が閉じられている）生じる状態を説
明するための図

【図４ｂ】図３の回路での第２のチャージ期間中（チャ
ージスイッチ２２０が再度開かれている）生じる状態を
説明するための図

【図４ｃ】図３の回路での第１のディスチャージ期間中
（ディスチャージスイッチ２３０が閉じられている）生
じる状態を説明するための図

【図４ｄ】図３の回路での第２のディスチャージ期間中
（ディスチャージスイッチ２３０が再度開かれている）
生じる状態を説明するための図

【図５】図３に示された作動ＩＣ Ｅのコンポーネント
のブロック図

【図６】図３に示された制御ユニットＤ及び作動ＩＣ
Ｅで実施されるソフトウェアモジュール、並びに、これ
ら各モジュール間の結合、燃料噴射システム、相応の内
燃機関のブロック図

【図７】温度の関数として圧電素子の直線状の膨張を示
す図

【図８】温度の関数として、補正されたエネルギ損失を
示す図

【図９】圧電素子エネルギバランスモデルの関数構造を
示す図

【図１０】圧電素子によって作動される燃料噴射弁の略
図

【符号の説明】

１０，２０，３０，４０，５０又は６０ 圧電素子 １１，２１，３１，４１，５１，６１ ブランチセレク
タスイッチ １４，２４，３４，４４，５４，６４ グループセレク
タ圧電端子 １５，２５，３５，４５，５５，６５ ブランチセレク
タ圧電端子 １１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０ 圧
電ブランチ ２２０ チャージスイッチ ２２２，２３２ サイドドライバ ２３０ ディスチャージスイッチ ２４０ コイル ３１０，３２０ グループセレクタスイッチ ６２１ 電圧源 ８００ 論理回路 ８２０ デジタル／アナログ変換器システム Ｄ 制御ユニット ２０１０ 圧電素子 ２０１５ ピストン ２０２０ アダプタ ２０２５ ２重作動制御弁 ２０３５ バルブプラグ ２０６０ 圧縮燃料供給ライン ２０７０ 噴射ニードル ２５００ 基本電圧計算ユニット ２５０５ 内燃機関 Ｄ 制御ユニット Ｅ 作動ＩＣ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 41/083 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｐ 41/09 Ｖ (72)発明者 ウド シュルツ ドイツ連邦共和国 ヴァイヒンゲン／エン ツ コルンブルーメンヴェーク 34 Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AC09 BA51 CC06T CC68U CD26 CE13 CE27 CE29 3G301 HA02 JA14 LB11 LC05 LC10 MA11 PE08Z

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子（１０，２０，３０，４０，５
   ０又は６０）を充電及び／又は放電することによって噴
   射燃料量を制御する、圧電素子（１０，２０，３０，４
   ０，５０又は６０）を有する燃料噴射系において、制御
   ユニット（Ｄ）は、圧電素子（１０，２０，３０，４
   ０，５０又は６０）を充電するための作動電圧を、特定
   の圧電素子（１０，２０，３０，４０，５０又は６０）
   の温度の関数として設定することを特徴とする燃料噴射
   系。
2. 【請求項２】 制御ユニット（Ｄ）は、エネルギバラン
   スモデルによって圧電素子（１０，２０，３０，４０，
   ５０又は６０）の温度を測定する請求項１記載の燃料噴
   射系。
3. 【請求項３】 エネルギバランスモデルは、電気装置シ
   ステムによって供給されるエネルギの関数である請求項
   １又は２記載の燃料噴射系。
4. 【請求項４】 エネルギバランスモデルは、圧電素子
   （１０，２０，３０，４０，５０又は６０）を充電及び
   ／又は放電するのに使用されるエネルギの関数である請
   求項１から３迄の何れか１記載の燃料噴射系。
5. 【請求項５】 エネルギバランスモデルは、機械的及び
   熱エネルギの関数である請求項１から４迄の何れか１記
   載の燃料噴射系。
6. 【請求項６】 エネルギバランスモデルは、更に、圧電
   素子（１０，２０，３０，４０，５０又は６０）の環境
   との熱交換の関数である請求項１から５迄の何れか１記
   載の燃料噴射系。
7. 【請求項７】 特定の圧電素子（１０，２０，３０，４
   ０，５０又は６０）の温度は、 T（n+1）=T（n）+Q_ｅｆｆ/（c m） として表現することができ、その際、Q_ｅｆｆは、前記
   圧電素子（１０，２０，３０，４０，５０又は６０）に
   供給される電気エネルギ、機械的エネルギ、及び、前記
   圧電素子の環境との熱交換の差として表現された実効熱
   量であり、nは、時間インクリメントであり、cは、特定
   の熱キャパシタンスであり、mは、前記圧電素子（１
   ０，２０，３０，４０，５０又は６０）の質量である請
   求項１から５迄の何れか１記載の燃料噴射系。
8. 【請求項８】 圧電素子（１０，２０，３０，４０，５
   ０又は６０）を充電及び／又は放電することによって噴
   射燃料量を制御する、圧電素子（１０，２０，３０，４
   ０，５０又は６０）を有する燃料噴射系の作動方法にお
   いて、充電前に、作動電圧を、圧電素子（１０，２０，
   ３０，４０，５０又は６０）を充電するために測定し、
   前記作動電圧を、前記圧電素子（１０，２０，３０，４
   ０，５０又は６０）の温度の関数として設定することを
   特徴とする燃料噴射系の作動方法。
9. 【請求項９】 圧電素子（１０，２０，３０，４０，５
   ０又は６０）の温度は、エネルギバランスモデルによっ
   て測定される請求項８記載の方法。
10. 【請求項１０】 エネルギバランスモデルは、電気装置
    システムによって供給される熱の関数である請求項８又
    は９記載の方法。
11. 【請求項１１】 エネルギバランスモデルは、圧電素子
    （１０，２０，３０，４０，５０又は６０）を充電する
    のに使用されるエネルギ及び／又は放電するのに使用さ
    れるエネルギの関数である請求項８から１０迄の何れか
    １記載の方法。
12. 【請求項１２】 エネルギバランスモデルは、機械的及
    び熱エネルギの関数である請求項８から１１迄の何れか
    １記載の方法。
13. 【請求項１３】 エネルギバランスモデルは、更に圧電
    素子（１０，２０，３０，４０，５０又は６０）の環境
    との熱交換の機能である請求項８から１２迄の何れか１
    記載の方法。
14. 【請求項１４】 特定の圧電素子（１０，２０，３０，
    ４０，５０又は６０）の温度は、 T（n+1）=T（n）+Q_ｅｆｆ/（c m） として表現することができ、その際、Q_ｅｆｆは、前記
    圧電素子（１０，２０，３０，４０，５０又は６０）に
    供給された電気エネルギ、機械的エネルギと、当該圧電
    素子の環境との熱交換との差として表現された実効熱量
    であり、nは、時間インクリメントであり、cは、特定の
    熱キャパシタンスであり、mは、前記圧電素子（１０，
    ２０，３０，４０，５０又は６０）の質量である請求項
    ８から１３迄の何れか１記載の方法。