JP2001349241A - 燃料噴射装置および該燃料噴射装置の作動方法 - Google Patents
燃料噴射装置および該燃料噴射装置の作動方法Info
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- F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
- F02D41/2096—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、圧電素子と電流診断ユニットを有する燃料噴
射装置に関する。この場合、圧電素子は、駆動回路を用
いたそれらの圧電素子の充放電により噴射燃料量をコン
トロールする。そして電流診断ユニットは、駆動回路を
流れる電流の障害をその発生の１０μｓ以内で検出す
る。
射装置に関する。この場合、圧電素子は、駆動回路を用
いたそれらの圧電素子の充放電により噴射燃料量をコン
トロールする。そして電流診断ユニットは、駆動回路を
流れる電流の障害をその発生の１０μｓ以内で検出す
る。
Description
【０００１】本発明は、請求項１の上位概念に記載の装
置および請求項７の上位概念に記載の方法すなわち圧電
素子駆動時のシャシアースとの短絡を検出する装置およ
び方法に関する。
置および請求項７の上位概念に記載の方法すなわち圧電
素子駆動時のシャシアースとの短絡を検出する装置およ
び方法に関する。
【０００２】圧電素子はアクチュエータとして使用する
ことができる。なぜならば周知のようにそれらはそこに
印加される電圧またはそこに発生する電圧の関数として
収縮したり伸張したりする特性をもっているからであ
る。
ことができる。なぜならば周知のようにそれらはそこに
印加される電圧またはそこに発生する電圧の関数として
収縮したり伸張したりする特性をもっているからであ
る。
【０００３】圧電素子を使用したアクチュエータによっ
て実際に利点がもたらされるのは、対象となるアクチュ
エータが迅速および／または頻繁な運動を行わなければ
ならないときである。
て実際に利点がもたらされるのは、対象となるアクチュ
エータが迅速および／または頻繁な運動を行わなければ
ならないときである。
【０００４】とりわけ内燃機関用の燃料噴射ノズルにお
いて、アクチュエータとして圧電素子を使用することに
よって利点がもたらされる。たとえば 燃料噴射ノズル
における圧電素子の有用性に関して、EP 0 371 469 B1
および EP 0 379 182 B1 を参照されたい。
いて、アクチュエータとして圧電素子を使用することに
よって利点がもたらされる。たとえば 燃料噴射ノズル
における圧電素子の有用性に関して、EP 0 371 469 B1
および EP 0 379 182 B1 を参照されたい。
【０００５】圧電素子は容量性素子であり、すでに先に
少し触れたように特定の充電状態またはそこで発生する
電圧またはそれに加えられる電圧に従い、収縮したり伸
張したりする。燃料噴射ノズルの実例であれば、噴射ニ
ードルの直線的なストロークを操作するバルブをコント
ロールするために圧電素子の伸張または収縮が用いられ
る。ドイツ連邦共和国特許出願 DE 197 42 073 A1 およ
び DE 197 29 844 A1には、燃料噴射装置における相応
の噴射ニードルをコントロールするための複動複座バル
ブを備えた圧電素子を使用することが示されている。こ
れを本出願の参考文献とする。
少し触れたように特定の充電状態またはそこで発生する
電圧またはそれに加えられる電圧に従い、収縮したり伸
張したりする。燃料噴射ノズルの実例であれば、噴射ニ
ードルの直線的なストロークを操作するバルブをコント
ロールするために圧電素子の伸張または収縮が用いられ
る。ドイツ連邦共和国特許出願 DE 197 42 073 A1 およ
び DE 197 29 844 A1には、燃料噴射装置における相応
の噴射ニードルをコントロールするための複動複座バル
ブを備えた圧電素子を使用することが示されている。こ
れを本出願の参考文献とする。
【０００６】圧電素子を使用した燃料噴射装置の特徴は
まず第１に、圧電素子は印加される電圧と直線的な伸張
との間で比例関係を有していることである。燃料噴射ノ
ズルの場合、たとえば内燃機関のシリンダへの燃料噴射
のためにニードルの直線的なストロークをコントロール
するために複動複座バルブとして実装されている燃料噴
射ノズルの場合、対応するシリンダへ噴射される燃料の
量はバルブが開いている時間の関数であり、圧電素子を
使用した場合には圧電素子に印加される動作電圧の関数
である。
まず第１に、圧電素子は印加される電圧と直線的な伸張
との間で比例関係を有していることである。燃料噴射ノ
ズルの場合、たとえば内燃機関のシリンダへの燃料噴射
のためにニードルの直線的なストロークをコントロール
するために複動複座バルブとして実装されている燃料噴
射ノズルの場合、対応するシリンダへ噴射される燃料の
量はバルブが開いている時間の関数であり、圧電素子を
使用した場合には圧電素子に印加される動作電圧の関数
である。
【０００７】図６は、圧電素子２０１０をアクチュエー
タとして使用した燃料噴射装置の概略図である。図６を
参照すると、圧電素子２０１０は電気的に励起され、与
えられる動作電圧に応じて伸張および収縮する。圧電素
子２０１０はピストン２０１５と結合されている。伸張
状態では圧電素子２０１０によりピストン２０１５は、
作動液たとえば燃料を含んでいる液圧式アダプタ２０２
０へ押し出される。圧電素子が伸張した結果、複動コン
トロールバルブ２０２５は液圧式に液圧式アダプタ２０
２０からから押し出され、バルブプラグ２０３２５が第
１の閉鎖位置から延ばされる。複動コントロールバルブ
２０２５と中空ボア２０５０との組み合わせは複動複座
バルブと呼ばれ、その理由は圧電素子２０１０が非励起
状態にあるとき、複動コントロールバルブ２０２５がそ
の第１閉鎖位置２０４０にあることによる。他方、圧電
素子２０１０が完全に伸張しているとき、それは第２閉
鎖位置２０３０にある。バルブプラグ２０３５の後者の
位置は、図６の破線で表されている。
タとして使用した燃料噴射装置の概略図である。図６を
参照すると、圧電素子２０１０は電気的に励起され、与
えられる動作電圧に応じて伸張および収縮する。圧電素
子２０１０はピストン２０１５と結合されている。伸張
状態では圧電素子２０１０によりピストン２０１５は、
作動液たとえば燃料を含んでいる液圧式アダプタ２０２
０へ押し出される。圧電素子が伸張した結果、複動コン
トロールバルブ２０２５は液圧式に液圧式アダプタ２０
２０からから押し出され、バルブプラグ２０３２５が第
１の閉鎖位置から延ばされる。複動コントロールバルブ
２０２５と中空ボア２０５０との組み合わせは複動複座
バルブと呼ばれ、その理由は圧電素子２０１０が非励起
状態にあるとき、複動コントロールバルブ２０２５がそ
の第１閉鎖位置２０４０にあることによる。他方、圧電
素子２０１０が完全に伸張しているとき、それは第２閉
鎖位置２０３０にある。バルブプラグ２０３５の後者の
位置は、図６の破線で表されている。
【０００８】この燃料噴射装置は噴射ニードル２０７０
を有しており、これによって加圧された燃料供給管２０
６０からシリンダ（図示せず）へ燃料を噴射させること
ができる。圧電素子２０１０が励起されていない場合あ
るいはそれが完全に伸張している場合、複動コントロー
ルバルブ２０２５はそれぞれ第１閉鎖位置２０４０をと
るかまたは第２閉鎖位置２０３０をとる。いずれの場合
にせよ、液圧式レール圧力により噴射ニードル２０７０
は閉鎖位置に保持される。したがって燃料混合物はシリ
ンダ（図示せず）中に入らない。これとは逆に、複動コ
ントロールバルブ２０２５が中空ボア２０５０に関して
いわゆる中間位置におかれるよう、圧電素子２０１０が
励起されると、加圧された燃料供給管２０６０における
圧力が低下する。この圧力低下の結果、加圧された燃料
供給管２０６０において噴射ニードル２０７０の頂部と
底部の間で圧力差が発生し、これにより噴射ニードル２
０７０が持ち上げられ、シリンダ（図示せず）への燃料
噴射が可能となる。
を有しており、これによって加圧された燃料供給管２０
６０からシリンダ（図示せず）へ燃料を噴射させること
ができる。圧電素子２０１０が励起されていない場合あ
るいはそれが完全に伸張している場合、複動コントロー
ルバルブ２０２５はそれぞれ第１閉鎖位置２０４０をと
るかまたは第２閉鎖位置２０３０をとる。いずれの場合
にせよ、液圧式レール圧力により噴射ニードル２０７０
は閉鎖位置に保持される。したがって燃料混合物はシリ
ンダ（図示せず）中に入らない。これとは逆に、複動コ
ントロールバルブ２０２５が中空ボア２０５０に関して
いわゆる中間位置におかれるよう、圧電素子２０１０が
励起されると、加圧された燃料供給管２０６０における
圧力が低下する。この圧力低下の結果、加圧された燃料
供給管２０６０において噴射ニードル２０７０の頂部と
底部の間で圧力差が発生し、これにより噴射ニードル２
０７０が持ち上げられ、シリンダ（図示せず）への燃料
噴射が可能となる。
【０００９】ここで重要であるのは、たとえば対応する
バルブプラグが燃料噴射サイクルにおける適切な時点で
精確に位置決めされるよう、十分な精度で動作電圧を決
定し供給することである。したがって、圧電素子を駆動
する電気回路における様々な問題点を検出できるように
することが重要である。そのような問題点の１つは、１
つまたは複数の圧電素子の端子内または端子におけるシ
ャシアースへの短絡である。
バルブプラグが燃料噴射サイクルにおける適切な時点で
精確に位置決めされるよう、十分な精度で動作電圧を決
定し供給することである。したがって、圧電素子を駆動
する電気回路における様々な問題点を検出できるように
することが重要である。そのような問題点の１つは、１
つまたは複数の圧電素子の端子内または端子におけるシ
ャシアースへの短絡である。
【００１０】したがって本発明の課題は、請求項１の上
位概念に記載の装置および請求項１４の上位概念に記載
の方法において、１つまたは複数の圧電素子の端子内ま
たは端子におけるシャシアースへの短絡を確実に検出す
ることである。
位概念に記載の装置および請求項１４の上位概念に記載
の方法において、１つまたは複数の圧電素子の端子内ま
たは端子におけるシャシアースへの短絡を確実に検出す
ることである。
【００１１】本発明によればこの課題は、請求項１の特
徴部分に記載の構成（装置）ならびに請求項１４の特徴
部分に記載の構成（方法）により解決される。
徴部分に記載の構成（装置）ならびに請求項１４の特徴
部分に記載の構成（方法）により解決される。
【００１２】本発明によれば燃料噴射装置は電流診断ユ
ニットを有しており、該電流診断ユニットは駆動回路を
流れる電流の障害を該障害の発生の１０μｓ以内で検出
する。また、駆動回路を流れる電流をチェックし、該駆
動回路を流れる電流において生じる可能性のある障害を
該障害の発生の１０μｓ以内で検出する。
ニットを有しており、該電流診断ユニットは駆動回路を
流れる電流の障害を該障害の発生の１０μｓ以内で検出
する。また、駆動回路を流れる電流をチェックし、該駆
動回路を流れる電流において生じる可能性のある障害を
該障害の発生の１０μｓ以内で検出する。
【００１３】アースへの短絡は、圧電素子および圧電素
子駆動回路について短絡の場所に依存して様々な不所望
な作用をもつ可能性がある。たとえばアクチュエータと
して用いられる圧電素子の正の端子における短絡によっ
て、その充電が妨げられることになる。さらに圧電素子
の正の端子における短絡によって、それらと並列に配置
された他の素子の充電も妨げられるおそれがある。
子駆動回路について短絡の場所に依存して様々な不所望
な作用をもつ可能性がある。たとえばアクチュエータと
して用いられる圧電素子の正の端子における短絡によっ
て、その充電が妨げられることになる。さらに圧電素子
の正の端子における短絡によって、それらと並列に配置
された他の素子の充電も妨げられるおそれがある。
【００１４】また、圧電素子の負の端子におけるアース
への短絡によって圧電素子が、そのアクチュエータが充
電のために選択されていないときに誤って充電されてし
まうおそれがある。たとえば本発明の有利な実施形態に
よれば、ある特定のアクチュエータを充電するためのセ
レクタスイッチが圧電素子の負の端子と直列に接続され
ている。そのセレクタスイッチを短絡することで、たと
え他の圧電素子が充電のために選択されていたとして
も、その圧電素子が引き続き充電されることになる。計
画外のこのような充電の結果として、燃料の意図しない
噴射の発生する可能性があり、これは非常に望ましくな
い状況である。
への短絡によって圧電素子が、そのアクチュエータが充
電のために選択されていないときに誤って充電されてし
まうおそれがある。たとえば本発明の有利な実施形態に
よれば、ある特定のアクチュエータを充電するためのセ
レクタスイッチが圧電素子の負の端子と直列に接続され
ている。そのセレクタスイッチを短絡することで、たと
え他の圧電素子が充電のために選択されていたとして
も、その圧電素子が引き続き充電されることになる。計
画外のこのような充電の結果として、燃料の意図しない
噴射の発生する可能性があり、これは非常に望ましくな
い状況である。
【００１５】圧電素子からシャシアースへの短絡の結
果、圧電素子駆動回路の一部分から電流が迂回すること
になる。しかし電流は圧電素子駆動回路において電流の
流れることの予期される他の部分には流れ続ける。
果、圧電素子駆動回路の一部分から電流が迂回すること
になる。しかし電流は圧電素子駆動回路において電流の
流れることの予期される他の部分には流れ続ける。
【００１６】本発明によれば、シャシアースへの短絡を
検出するため圧電素子駆動回路においてそれぞれ異なる
部分に流れる電流が調べられる。本発明によれば、電流
が通常は圧電素子駆動回路中の特定の分岐を流れると予
期されるときに、圧電素子の充放電サイクル内で短絡が
検出される。しかし短絡によって分岐の１つから電流が
それることになる。そして本発明によれば２つの場所に
おける電流の異常な不均衡が検出され、短絡を表すエラ
ー信号が発せられる。
検出するため圧電素子駆動回路においてそれぞれ異なる
部分に流れる電流が調べられる。本発明によれば、電流
が通常は圧電素子駆動回路中の特定の分岐を流れると予
期されるときに、圧電素子の充放電サイクル内で短絡が
検出される。しかし短絡によって分岐の１つから電流が
それることになる。そして本発明によれば２つの場所に
おける電流の異常な不均衡が検出され、短絡を表すエラ
ー信号が発せられる。
【００１７】たとえば充電スイッチの閉じられている充
電サイクル中、電流は電圧源バッファ回路中の分路と圧
電素子の負の端子に直列接続された分路の両方を流れ
る。このサイクル中、電流検出回路は、予期された電流
が両方の場所に流れているのか否かを調べることができ
る。電流が電圧供給バッファの分路抵抗に流れているが
圧電分岐の分路抵抗には流れていなければ短絡が検出さ
れ、エラーメッセージが発せられる。電流が回路内の両
方の場所に適正に流れているか否かを検出するために、
個々の分路に対応する測定ポイントからの電流信号を比
較器回路が受け取る。そして比較器回路は、２つの分路
における電流間の差を表す信号をロジック回路へ出力す
る。２つの電流における差が所定の最大値よりも大きい
とき、ロジック回路は適切なエラー信号を発生する。
電サイクル中、電流は電圧源バッファ回路中の分路と圧
電素子の負の端子に直列接続された分路の両方を流れ
る。このサイクル中、電流検出回路は、予期された電流
が両方の場所に流れているのか否かを調べることができ
る。電流が電圧供給バッファの分路抵抗に流れているが
圧電分岐の分路抵抗には流れていなければ短絡が検出さ
れ、エラーメッセージが発せられる。電流が回路内の両
方の場所に適正に流れているか否かを検出するために、
個々の分路に対応する測定ポイントからの電流信号を比
較器回路が受け取る。そして比較器回路は、２つの分路
における電流間の差を表す信号をロジック回路へ出力す
る。２つの電流における差が所定の最大値よりも大きい
とき、ロジック回路は適切なエラー信号を発生する。
【００１８】従属請求項、以下の説明ならびに図面には
本発明の有利な実施形態が示されている。次に、図面を
参照しながら実施例に基づき本発明について詳しく説明
する。
本発明の有利な実施形態が示されている。次に、図面を
参照しながら実施例に基づき本発明について詳しく説明
する。
【００１９】図１には、複動コントロールバルブの動作
を説明するため、実例として挙げられたコントロールバ
ルブストロークの概略的なプロフィルが２つ合わさった
グラフで示されている。図１の上方のグラフではｘ軸に
より時間が、ｙ軸によりバルブプラグの変位（バルブの
リフト）が表されている。また、図１の下方のグラフで
はｘ軸はやはり時間を表すのに対し、ｙ軸は上方のグラ
フにおけるバルブのリフトの結果として燃料の流れを生
じさせるノズルニードルのリフトが表されている。上方
と下方のグラフは、それぞれｘ軸で表される時間を一致
させるため、互い整列させてある。
を説明するため、実例として挙げられたコントロールバ
ルブストロークの概略的なプロフィルが２つ合わさった
グラフで示されている。図１の上方のグラフではｘ軸に
より時間が、ｙ軸によりバルブプラグの変位（バルブの
リフト）が表されている。また、図１の下方のグラフで
はｘ軸はやはり時間を表すのに対し、ｙ軸は上方のグラ
フにおけるバルブのリフトの結果として燃料の流れを生
じさせるノズルニードルのリフトが表されている。上方
と下方のグラフは、それぞれｘ軸で表される時間を一致
させるため、互い整列させてある。
【００２０】噴射サイクル中、あとで詳しく説明するよ
うに圧電素子が充電されてそれが伸張し、それにより対
応するバルブプラグが予備噴射ストロークのため、図１
の上方のグラフに示されているように第１の閉鎖位置か
ら第２の閉鎖位置へ移動する。図１の下方のグラフには
燃料の僅かな噴射が示されており、これはバルブプラグ
が複動コントロールバルブの２つの弁座間を移動したと
きに生じ、その際、プラグが弁座間を移動したときにバ
ルブが開閉する。
うに圧電素子が充電されてそれが伸張し、それにより対
応するバルブプラグが予備噴射ストロークのため、図１
の上方のグラフに示されているように第１の閉鎖位置か
ら第２の閉鎖位置へ移動する。図１の下方のグラフには
燃料の僅かな噴射が示されており、これはバルブプラグ
が複動コントロールバルブの２つの弁座間を移動したと
きに生じ、その際、プラグが弁座間を移動したときにバ
ルブが開閉する。
【００２１】一般に、圧電素子の充電は２つのステップ
で行うことができる。第１のステップは、圧電素子を所
定の電圧まで充電し、それによりコントロールバルブを
開放することである。第２のステップは、圧電素子をさ
らに充電し、それによりバルブプラグが第２の閉鎖位置
と接触したときにコントロールバルブを再び閉鎖するこ
とである。これら両方のステップの間に遅延時間を設け
てもよい。
で行うことができる。第１のステップは、圧電素子を所
定の電圧まで充電し、それによりコントロールバルブを
開放することである。第２のステップは、圧電素子をさ
らに充電し、それによりバルブプラグが第２の閉鎖位置
と接触したときにコントロールバルブを再び閉鎖するこ
とである。これら両方のステップの間に遅延時間を設け
てもよい。
【００２２】次に、まえもって選定された期間の後、あ
とで詳しく説明するように放電動作が実行され、これに
より圧電素子内の電荷が低減し、その結果、あとで詳し
く説明するように圧電素子が収縮し、これによってバル
ブプラグが第２の閉鎖位置から移動し、２つの弁座間の
位置に保持される。圧電素子内の動作電圧は、主噴射に
割り当てられた期間中、最大燃料流に対応するＵｏｐｔ
と等しい値に達しなければならない。図１の上方およ
び下方のグラフに示されているように、中間位置でバル
ブのリフトが保持される。
とで詳しく説明するように放電動作が実行され、これに
より圧電素子内の電荷が低減し、その結果、あとで詳し
く説明するように圧電素子が収縮し、これによってバル
ブプラグが第２の閉鎖位置から移動し、２つの弁座間の
位置に保持される。圧電素子内の動作電圧は、主噴射に
割り当てられた期間中、最大燃料流に対応するＵｏｐｔ
と等しい値に達しなければならない。図１の上方およ
び下方のグラフに示されているように、中間位置でバル
ブのリフトが保持される。
【００２３】主噴射の期間最後に圧電素子が放電されて
動作電圧がゼロになり、その結果、圧電素子がさらに収
縮し、それによってバルブプラグは中間位置から移動し
て第１の閉鎖位置へ向かい、図１の上方および下方のグ
ラフに示されているように、バルブが閉鎖されて燃料流
が停止する。この時点でバルブプラグはもう１度、上述
のように予備噴射と主噴射の別のサイクルを繰り返す位
置をとる。
動作電圧がゼロになり、その結果、圧電素子がさらに収
縮し、それによってバルブプラグは中間位置から移動し
て第１の閉鎖位置へ向かい、図１の上方および下方のグ
ラフに示されているように、バルブが閉鎖されて燃料流
が停止する。この時点でバルブプラグはもう１度、上述
のように予備噴射と主噴射の別のサイクルを繰り返す位
置をとる。
【００２４】図２には、本発明を適用することのできる
装置の１つの実施形態のブロック図が示されている。
装置の１つの実施形態のブロック図が示されている。
【００２５】図２には詳細な領域Ａと詳細でない領域Ｂ
とがあり、それらの分離境界線は破線ｃで表されてい
る。詳細領域Ａは、圧電素子１０，２０，３０，４０，
５０，６０の充放電のための回路を有している。この実
施例ではこれらの圧電素子１０，２０，３０，４０，５
０，６０は、内燃機関の燃料噴射ノズル（たとえばいわ
ゆるコモンレールインジェクタ）におけるアクチュエー
タとする。圧電素子をそのような目的で使用することが
でき、それというのも圧電素子は周知のように、また、
上述のように、それらに印加された電圧またはそこで発
生した電圧の関数として収縮または伸張する特性をもっ
ているからである。また、この実施形態において６つの
圧電素子１０，２０，３０，４０，５０，６０をとる理
由は、１つの内燃機関において６つのシリンダを別個に
コントロールするためである。したがって、他の目的の
ためには別の個数の圧電素子が適切なものとなるかもし
れない。
とがあり、それらの分離境界線は破線ｃで表されてい
る。詳細領域Ａは、圧電素子１０，２０，３０，４０，
５０，６０の充放電のための回路を有している。この実
施例ではこれらの圧電素子１０，２０，３０，４０，５
０，６０は、内燃機関の燃料噴射ノズル（たとえばいわ
ゆるコモンレールインジェクタ）におけるアクチュエー
タとする。圧電素子をそのような目的で使用することが
でき、それというのも圧電素子は周知のように、また、
上述のように、それらに印加された電圧またはそこで発
生した電圧の関数として収縮または伸張する特性をもっ
ているからである。また、この実施形態において６つの
圧電素子１０，２０，３０，４０，５０，６０をとる理
由は、１つの内燃機関において６つのシリンダを別個に
コントロールするためである。したがって、他の目的の
ためには別の個数の圧電素子が適切なものとなるかもし
れない。
【００２６】非詳細領域ＢはコントロールユニットＤお
よび作動ＩＣ Ｅ有しており、それらの両方によって詳
細領域Ａ内の素子がコントロールされ、さらに非詳細領
域Ｂには、システム特性を測定するための測定システム
Ｆも設けられている。作動ＩＣ Ｅは、他のすべての圧
電素子駆動回路から電圧および電流の測定値を受け取
る。本発明によればコントロールユニットＤおよび作動
ＩＣ Ｅは、圧電素子のための動作電圧および作動時間
をコントロールするようにプログラミングされている。
コントロールユニットＤおよび／または作動ＩＣ Ｅ
は、圧電素子駆動回路全体にわたる種々の電圧および電
流を監視するようにもプログラミングされている。
よび作動ＩＣ Ｅ有しており、それらの両方によって詳
細領域Ａ内の素子がコントロールされ、さらに非詳細領
域Ｂには、システム特性を測定するための測定システム
Ｆも設けられている。作動ＩＣ Ｅは、他のすべての圧
電素子駆動回路から電圧および電流の測定値を受け取
る。本発明によればコントロールユニットＤおよび作動
ＩＣ Ｅは、圧電素子のための動作電圧および作動時間
をコントロールするようにプログラミングされている。
コントロールユニットＤおよび／または作動ＩＣ Ｅ
は、圧電素子駆動回路全体にわたる種々の電圧および電
流を監視するようにもプログラミングされている。
【００２７】以下の説明ではまずはじめに、詳細領域Ａ
内の個々の素子について述べることにする。その後、圧
電素子１０，２０，３０，４０，５０，６０の充電およ
び放電の手順について全般的に説明し、最後に２つの手
順をコントロールユニットＤと作動ＩＣ Ｅによって制
御および監視するやり方について詳しく説明する。
内の個々の素子について述べることにする。その後、圧
電素子１０，２０，３０，４０，５０，６０の充電およ
び放電の手順について全般的に説明し、最後に２つの手
順をコントロールユニットＤと作動ＩＣ Ｅによって制
御および監視するやり方について詳しく説明する。
【００２８】詳細領域Ａ内の回路は６つの圧電素子１
０，２０，３０，４０，５０，６０を有している。
０，２０，３０，４０，５０，６０を有している。
【００２９】圧電素子１０，２０，３０，４０，５０，
６０は、第１のグループＧ１および第２のグループＧ２
に分けられており、これらのグループはそれぞれ３つの
圧電素子から成る（すなわち第１のグループＧ１内の圧
電素子１０，２０，３０および第２のグループＧ２内の
圧電素子４０，５０，６０）。グループＧ１およびＧ２
は、互いに並列に接続された回路部分の要素である。圧
電素子１０，２０，３０もしくは４０，５０，６０から
成るグループＧ１，Ｇ２のいずれを共通の充放電装置に
よって各々放電させるのかを定めるため、グループセレ
クタスイッチ３１０，３２０を使用することができる
（しかしグループセレクタスイッチ３１０，３２０はあ
とで詳しく説明するように充電手順については意味をな
さない）。
６０は、第１のグループＧ１および第２のグループＧ２
に分けられており、これらのグループはそれぞれ３つの
圧電素子から成る（すなわち第１のグループＧ１内の圧
電素子１０，２０，３０および第２のグループＧ２内の
圧電素子４０，５０，６０）。グループＧ１およびＧ２
は、互いに並列に接続された回路部分の要素である。圧
電素子１０，２０，３０もしくは４０，５０，６０から
成るグループＧ１，Ｇ２のいずれを共通の充放電装置に
よって各々放電させるのかを定めるため、グループセレ
クタスイッチ３１０，３２０を使用することができる
（しかしグループセレクタスイッチ３１０，３２０はあ
とで詳しく説明するように充電手順については意味をな
さない）。
【００３０】グループセレクタスイッチ３１０，３２０
はコイル２４０と個々のグループＧ１，Ｇ２との間に配
置されており（そのコイル側の端子）、トランジスタと
して実装されている。さらにサイドドライバ３１１，３
２１が設けられており、これは作動ＩＣ Ｅから受け取
ったコントロール信号を要求されるスイッチの閉成およ
び開放に適した電圧に変換する。
はコイル２４０と個々のグループＧ１，Ｇ２との間に配
置されており（そのコイル側の端子）、トランジスタと
して実装されている。さらにサイドドライバ３１１，３
２１が設けられており、これは作動ＩＣ Ｅから受け取
ったコントロール信号を要求されるスイッチの閉成およ
び開放に適した電圧に変換する。
【００３１】また、グループセレクタスイッチ３１０，
３２０に並列に、それぞれダイオード３１５，３２５
（グループセレクタダイオードと称する）が設けられて
いる。たとえばグループセレクタスイッチ３１０，３２
０がＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴとして実装されている
ならば、それらのグループセレクタダイオード３１５，
３２５をそれ自体の寄生ダイオードとして構成すること
ができる。これらのダイオード３１５，３２５によって
充電手順中、グループセレクタ３１０，３２０がバイパ
スされる。したがってグループセレクタスイッチ３１
０，３２０の機能は、放電手順のためだけに圧電素子１
０，２０，３０もしくは４０，５０，６０のグループＧ
１，Ｇ２を選択することに限られる。
３２０に並列に、それぞれダイオード３１５，３２５
（グループセレクタダイオードと称する）が設けられて
いる。たとえばグループセレクタスイッチ３１０，３２
０がＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴとして実装されている
ならば、それらのグループセレクタダイオード３１５，
３２５をそれ自体の寄生ダイオードとして構成すること
ができる。これらのダイオード３１５，３２５によって
充電手順中、グループセレクタ３１０，３２０がバイパ
スされる。したがってグループセレクタスイッチ３１
０，３２０の機能は、放電手順のためだけに圧電素子１
０，２０，３０もしくは４０，５０，６０のグループＧ
１，Ｇ２を選択することに限られる。
【００３２】各グループＧ１もしくはＧ２において、圧
電素子１０，２０，３０もしくは４０，５０，６０は圧
電分岐１１０，１２０，１３０（グループＧ１）および
１４０，１５０，１６０（グループＧ２）の構成要素と
して配置されており、これらの圧電分岐は並列に接続さ
れている。さらに各圧電分岐は、圧電素子１０，２０，
３０，４０，５０，６０と抵抗１３，２３，３３，４
３，５３，６３（分岐抵抗と称する）から成る第１の並
列回路と、トランジスタとして実装されたセレクタスイ
ッチ１１，２１，３１，４１，５１，６１（分岐セレク
タスイッチと称する）とダイオード１２，２２，３２，
４２，５２，６２（分岐ダイオードと称する）から成る
第２の並列回路によって構成された直列回路を有してい
る。
電素子１０，２０，３０もしくは４０，５０，６０は圧
電分岐１１０，１２０，１３０（グループＧ１）および
１４０，１５０，１６０（グループＧ２）の構成要素と
して配置されており、これらの圧電分岐は並列に接続さ
れている。さらに各圧電分岐は、圧電素子１０，２０，
３０，４０，５０，６０と抵抗１３，２３，３３，４
３，５３，６３（分岐抵抗と称する）から成る第１の並
列回路と、トランジスタとして実装されたセレクタスイ
ッチ１１，２１，３１，４１，５１，６１（分岐セレク
タスイッチと称する）とダイオード１２，２２，３２，
４２，５２，６２（分岐ダイオードと称する）から成る
第２の並列回路によって構成された直列回路を有してい
る。
【００３３】分岐抵抗１３，２３，３３，４３，５３も
しくは６３によって、対応する各圧電素子１０，２０，
３０，４０，５０もしくは６０は充填手順中および充電
手順後、それ自体で連続的に放電するようになる。それ
というのも、それらの抵抗は各容量性圧電素子１０，２
０，３０，４０，５０もしくは６０における両方の端子
を互いに接続しているからである。しかし分岐抵抗１
３，２３，３３，４３，５３もしくは６３はこの手順
を、あとで説明するようなコントロールされた充放電手
順に比べゆっくりと行うのに十分な大きさのものであ
る。したがっていずれの圧電素子１０，２０，３０，４
０，５０または６０の電荷も充電手順後の適切な時間内
では変化しないとみなすことは、やはり妥当な想定であ
る（それにもかかわらず分岐抵抗１３，２３，３３，４
３，５３，６３を実装する理由は、システムのブレーク
ダウンあるいは他の例外的な状況において圧電素子１
０，２０，３０，４０，５０，６０に電荷が残留するの
を避けるためである）。このため以下の説明では分岐抵
抗１３，２３，３３，４３，５３，６３を無視してもか
まわない。
しくは６３によって、対応する各圧電素子１０，２０，
３０，４０，５０もしくは６０は充填手順中および充電
手順後、それ自体で連続的に放電するようになる。それ
というのも、それらの抵抗は各容量性圧電素子１０，２
０，３０，４０，５０もしくは６０における両方の端子
を互いに接続しているからである。しかし分岐抵抗１
３，２３，３３，４３，５３もしくは６３はこの手順
を、あとで説明するようなコントロールされた充放電手
順に比べゆっくりと行うのに十分な大きさのものであ
る。したがっていずれの圧電素子１０，２０，３０，４
０，５０または６０の電荷も充電手順後の適切な時間内
では変化しないとみなすことは、やはり妥当な想定であ
る（それにもかかわらず分岐抵抗１３，２３，３３，４
３，５３，６３を実装する理由は、システムのブレーク
ダウンあるいは他の例外的な状況において圧電素子１
０，２０，３０，４０，５０，６０に電荷が残留するの
を避けるためである）。このため以下の説明では分岐抵
抗１３，２３，３３，４３，５３，６３を無視してもか
まわない。
【００３４】個々の圧電分岐１１０，１２０，１３０，
１４０，１５０もしくは１６０における分岐セレクタス
イッチと分岐ダイオードのペアは、つまり圧電分岐１１
０におけるセレクタスイッチ１１とダイオード１２，圧
電分岐１２０におけるセレクタスイッチ２１とダイオー
ド２２などは、（グループセレクタスイッチとダイオー
ドのペア３１０と３１５もしくは３２０と３２５につい
て先に述べたように）寄生ダイオードをもつ電子スイッ
チ（すなわちトランジスタ）たとえばＭＯＳＦＥＴまた
はＩＧＢＴを用いて実装することができる。
１４０，１５０もしくは１６０における分岐セレクタス
イッチと分岐ダイオードのペアは、つまり圧電分岐１１
０におけるセレクタスイッチ１１とダイオード１２，圧
電分岐１２０におけるセレクタスイッチ２１とダイオー
ド２２などは、（グループセレクタスイッチとダイオー
ドのペア３１０と３１５もしくは３２０と３２５につい
て先に述べたように）寄生ダイオードをもつ電子スイッ
チ（すなわちトランジスタ）たとえばＭＯＳＦＥＴまた
はＩＧＢＴを用いて実装することができる。
【００３５】圧電素子１０，２０，３０，４０，５０ま
たは６０のいずれを共通の充放電装置によりそれぞれ充
電するのかを定めるために、分岐セレクタスイッチ１
１，２１，３１，４１，５１もしくは６１を使用するこ
とができる。各事例において充電される圧電素子１０，
２０，３０，４０，５０または６０は、あとで説明する
充電手順中にそれらの分岐セレクタスイッチ１１，２
１，３１，４１，５１または６１が閉じられているすべ
てのものである。通例はいつでも、分岐セレクタスイッ
チのうちただ１つのスイッチだけが閉じられることにな
る。
たは６０のいずれを共通の充放電装置によりそれぞれ充
電するのかを定めるために、分岐セレクタスイッチ１
１，２１，３１，４１，５１もしくは６１を使用するこ
とができる。各事例において充電される圧電素子１０，
２０，３０，４０，５０または６０は、あとで説明する
充電手順中にそれらの分岐セレクタスイッチ１１，２
１，３１，４１，５１または６１が閉じられているすべ
てのものである。通例はいつでも、分岐セレクタスイッ
チのうちただ１つのスイッチだけが閉じられることにな
る。
【００３６】分岐ダイオード１２，２２，３２，４２，
５２，６２は、放電手順中に分岐セレクタスイッチ１
１，２１，３１，４１，５１もしくは６１をバイパスす
るために用いられる。したがってこの実施例では、充電
手順については個々の圧電素子を選択できるのに対し、
放電手順については圧電素子１０，２０，３０もしくは
４０，５０，６０から成る第１のグループＧ１または第
２のグループＧ２の一方あるいはその両方を選択しなけ
ればならない。
５２，６２は、放電手順中に分岐セレクタスイッチ１
１，２１，３１，４１，５１もしくは６１をバイパスす
るために用いられる。したがってこの実施例では、充電
手順については個々の圧電素子を選択できるのに対し、
放電手順については圧電素子１０，２０，３０もしくは
４０，５０，６０から成る第１のグループＧ１または第
２のグループＧ２の一方あるいはその両方を選択しなけ
ればならない。
【００３７】もう一度、圧電素子１０，２０，３０，４
０，５０，６０自体について述べると、分岐セレクタの
圧電端子１５，２５，３５，４５，５５もしくは６５
を、分岐セレクタスイッチ１１，２１，３１，４１，５
１もしくは６１を介して、あるいは相応のダイオード１
２，２２，３２，４２，５２もしくは６２を介して、そ
して両方の事例とも付加的に抵抗３００を介して、アー
スに接続することができる。
０，５０，６０自体について述べると、分岐セレクタの
圧電端子１５，２５，３５，４５，５５もしくは６５
を、分岐セレクタスイッチ１１，２１，３１，４１，５
１もしくは６１を介して、あるいは相応のダイオード１
２，２２，３２，４２，５２もしくは６２を介して、そ
して両方の事例とも付加的に抵抗３００を介して、アー
スに接続することができる。
【００３８】抵抗３００を設ける目的は、圧電素子１
０，２０，３０，４０，５０，６０の充電および放電中
に分岐セレクタ圧電端子１５，２５，３５，４５，５
５，６５とアースとの間に流れる電流を測定することで
ある。それらの電流を把握することによって、圧電素子
１０，２０，３０，４０，５０，６０の充電および放電
をコントロールすることができる。殊に、電流の大きさ
に依存するようにして充電スイッチ２２０と放電スイッ
チ２３０を閉じたり開いたりすることで、充電電流およ
び放電電流をまえもって定められた平均値にセットする
ことができ、および／またはそれらがまえもって定めら
れた最大値および／または最小値を上回ったり下回った
りしないよう維持することができる。これについてはあ
とで詳しく説明する。
０，２０，３０，４０，５０，６０の充電および放電中
に分岐セレクタ圧電端子１５，２５，３５，４５，５
５，６５とアースとの間に流れる電流を測定することで
ある。それらの電流を把握することによって、圧電素子
１０，２０，３０，４０，５０，６０の充電および放電
をコントロールすることができる。殊に、電流の大きさ
に依存するようにして充電スイッチ２２０と放電スイッ
チ２３０を閉じたり開いたりすることで、充電電流およ
び放電電流をまえもって定められた平均値にセットする
ことができ、および／またはそれらがまえもって定めら
れた最大値および／または最小値を上回ったり下回った
りしないよう維持することができる。これについてはあ
とで詳しく説明する。
【００３９】この実施例では測定自体のためにさらに、
たとえば５Ｖ ＤＣの電圧を供給する電圧源６２１と、
２つの抵抗６２２，６２３として実装された分圧器が必
要とされる。これは（測定を実行する）作動ＩＣ Ｅを
負の電圧から保護することを目的としており、さもない
とそのような負の電圧が測定点６２０に発生するおそれ
があり、それは作動ＩＣ Ｅによって処理することがで
きない。この場合、そのような負の電圧は、前記の電圧
源６２１および分圧器抵抗６２２，６２３によって供給
される正の電圧を形成して加えることによって、正の電
圧に変えられる。
たとえば５Ｖ ＤＣの電圧を供給する電圧源６２１と、
２つの抵抗６２２，６２３として実装された分圧器が必
要とされる。これは（測定を実行する）作動ＩＣ Ｅを
負の電圧から保護することを目的としており、さもない
とそのような負の電圧が測定点６２０に発生するおそれ
があり、それは作動ＩＣ Ｅによって処理することがで
きない。この場合、そのような負の電圧は、前記の電圧
源６２１および分圧器抵抗６２２，６２３によって供給
される正の電圧を形成して加えることによって、正の電
圧に変えられる。
【００４０】各圧電素子１０，２０，３０，４０，５
０，６０の他方の端子すなわちグループセレクタ圧電端
子１４，２４，３４，４４，５４もしくは６４を電圧源
のプラス極と接続することができ、これはグループセレ
クタスイッチ３１０もしくは３２０を介して、またはグ
ループセレクタダイオード３１５もしくは３２５を介し
て、ならびに充電スイッチ２２０と充電ダイオード２２
１から成る並列回路とコイル２４０とを介して行うこと
ができ、択一的にあるいはこれに加えてグループセレク
タ圧電端子をアースと接続することができ、これはグル
ープセレクタスイッチ３１０もしくは３２０を介して、
またはダイオード３１５もしくは３２５を介して、なら
びに放電スイッチ２３０または放電ダイオード２３１か
ら成る並列回路とコイル２４０を介して行うことができ
る。充電スイッチ２２０と放電スイッチ２３０はトラン
ジスタとして実装されており、たとえばそれらはサイド
ドライバ２２２もしくは２３２介してコントロールされ
る。
０，６０の他方の端子すなわちグループセレクタ圧電端
子１４，２４，３４，４４，５４もしくは６４を電圧源
のプラス極と接続することができ、これはグループセレ
クタスイッチ３１０もしくは３２０を介して、またはグ
ループセレクタダイオード３１５もしくは３２５を介し
て、ならびに充電スイッチ２２０と充電ダイオード２２
１から成る並列回路とコイル２４０とを介して行うこと
ができ、択一的にあるいはこれに加えてグループセレク
タ圧電端子をアースと接続することができ、これはグル
ープセレクタスイッチ３１０もしくは３２０を介して、
またはダイオード３１５もしくは３２５を介して、なら
びに放電スイッチ２３０または放電ダイオード２３１か
ら成る並列回路とコイル２４０を介して行うことができ
る。充電スイッチ２２０と放電スイッチ２３０はトラン
ジスタとして実装されており、たとえばそれらはサイド
ドライバ２２２もしくは２３２介してコントロールされ
る。
【００４１】電圧源は、この実施例では（バッファ）コ
ンデンサ２１０である容量性特性をもつ素子を有してい
る。コンデンサ２１０はバッテリ２００（たとえば自動
車バッテリ）およびその下流にあるＤＣ電圧変換器２０
１によって充電される。ＤＣ電圧変換器２０１は、バッ
テリ電圧（たとえば１２Ｖ）を実質的に他のどのような
ＤＣ電圧（たとえば２５０Ｖ）にも変換し、その電圧ま
でコンデンサ２１０を充電する。ＤＣ電圧変換器２０１
はトランジスタスイッチ２０２および抵抗２０３によっ
てコントロールされ、これは測定ポイント６３０でなさ
れる電流測定のために用いられる。
ンデンサ２１０である容量性特性をもつ素子を有してい
る。コンデンサ２１０はバッテリ２００（たとえば自動
車バッテリ）およびその下流にあるＤＣ電圧変換器２０
１によって充電される。ＤＣ電圧変換器２０１は、バッ
テリ電圧（たとえば１２Ｖ）を実質的に他のどのような
ＤＣ電圧（たとえば２５０Ｖ）にも変換し、その電圧ま
でコンデンサ２１０を充電する。ＤＣ電圧変換器２０１
はトランジスタスイッチ２０２および抵抗２０３によっ
てコントロールされ、これは測定ポイント６３０でなさ
れる電流測定のために用いられる。
【００４２】クロスチェックのため測定ポイント６５０
においてたとえば、作動ＩＣ Ｅならびに抵抗６５１，
６５２，６５３ならびに５Ｖ ＤＣ電圧源６５４によっ
てさらに電流測定を行うことができる。また、測定ポイ
ント６４０において、作動ＩＣ Ｅならびに分圧器抵抗
６４１，６４２によって電圧測定を行うこともできる。
においてたとえば、作動ＩＣ Ｅならびに抵抗６５１，
６５２，６５３ならびに５Ｖ ＤＣ電圧源６５４によっ
てさらに電流測定を行うことができる。また、測定ポイ
ント６４０において、作動ＩＣ Ｅならびに分圧器抵抗
６４１，６４２によって電圧測定を行うこともできる。
【００４３】さらに、圧電素子１０，２０，３０，４
０，５０，６０を放電させるために（それらがあとで説
明するような「通常の」放電動作によってもたまたま放
電しないときに）、抵抗３３０（完全放電抵抗と称す
る）、トランジスタ（ストップスイッチと称する）とし
て実装されたストップスイッチ３３１およびダイオード
３３２（完全放電ダイオード）が用いられる。ストップ
スイッチ３３１は有利には、「通常の」放電手順（放電
スイッチ２３０を介した周期的な放電））後に閉じられ
る。それにより圧電素子１０，２０，３０，４０，５
０，６０が抵抗３３０および３００を介してアースに接
続され、したがって圧電素子１０，２０，３０，４０，
５０，６０に残されている可能性のあるいかなる残留電
荷も取り除かれる。完全放電ダイオード３３２によっ
て、環境によってはダメージを与えかねない負の電圧が
圧電素子１０，２０，３０，４０，５０，６０に発生す
るのが回避される。
０，５０，６０を放電させるために（それらがあとで説
明するような「通常の」放電動作によってもたまたま放
電しないときに）、抵抗３３０（完全放電抵抗と称す
る）、トランジスタ（ストップスイッチと称する）とし
て実装されたストップスイッチ３３１およびダイオード
３３２（完全放電ダイオード）が用いられる。ストップ
スイッチ３３１は有利には、「通常の」放電手順（放電
スイッチ２３０を介した周期的な放電））後に閉じられ
る。それにより圧電素子１０，２０，３０，４０，５
０，６０が抵抗３３０および３００を介してアースに接
続され、したがって圧電素子１０，２０，３０，４０，
５０，６０に残されている可能性のあるいかなる残留電
荷も取り除かれる。完全放電ダイオード３３２によっ
て、環境によってはダメージを与えかねない負の電圧が
圧電素子１０，２０，３０，４０，５０，６０に発生す
るのが回避される。
【００４４】すべての圧電素子１０，２０，３０，４
０，５０，６０あるいはいずれか特定の１つの充電およ
び放電は、（すべてのグループおよびその圧電素子に共
通の）ただ１つの充放電装置によって行われる。この実
施例では、共通の充放電装置はバッテリ２００、ＤＣ電
圧変換器２０１、コンデンサ２１０、充電スイッチ２２
０と放電スイッチ２３０、充電ダイオード２２１と放電
ダイオード２３１、ならびにコイル２４０である。
０，５０，６０あるいはいずれか特定の１つの充電およ
び放電は、（すべてのグループおよびその圧電素子に共
通の）ただ１つの充放電装置によって行われる。この実
施例では、共通の充放電装置はバッテリ２００、ＤＣ電
圧変換器２０１、コンデンサ２１０、充電スイッチ２２
０と放電スイッチ２３０、充電ダイオード２２１と放電
ダイオード２３１、ならびにコイル２４０である。
【００４５】各圧電素子の充放電は同じように動作し、
第１の圧電素子１０についてのみ言及しながらこれにつ
いて以下で説明する。
第１の圧電素子１０についてのみ言及しながらこれにつ
いて以下で説明する。
【００４６】充電および放電の手順中に発生する条件に
ついて、図３Ａから図３Ｄを参照しながら説明する。図
３Ａおよび図３Ｂには圧電素子１０の充電の様子が示さ
れており、図３Ｃおよび図３Ｄには圧電素子１０の放電
の様子が示されている。
ついて、図３Ａから図３Ｄを参照しながら説明する。図
３Ａおよび図３Ｂには圧電素子１０の充電の様子が示さ
れており、図３Ｃおよび図３Ｄには圧電素子１０の放電
の様子が示されている。
【００４７】充電または放電すべき１つまたは複数の特
定の圧電素子１０，２０，３０，４０，５０または６０
の選択、以下で説明する充電手順ならびに放電手順は、
作動ＩＣ ＥおよびコントロールユニットＤにより上述
のスイッチ１１，２１，３１，４１，５１，６１；３１
０，３２０；２２０，２３０および３３１のうちの１つ
または複数の開放または閉成によって行われる。詳細領
域Ａ内の各素子と作動ＩＣ Ｅおよびコントロールユニ
ットＤの相互作用については、あとで詳しく説明する。
定の圧電素子１０，２０，３０，４０，５０または６０
の選択、以下で説明する充電手順ならびに放電手順は、
作動ＩＣ ＥおよびコントロールユニットＤにより上述
のスイッチ１１，２１，３１，４１，５１，６１；３１
０，３２０；２２０，２３０および３３１のうちの１つ
または複数の開放または閉成によって行われる。詳細領
域Ａ内の各素子と作動ＩＣ Ｅおよびコントロールユニ
ットＤの相互作用については、あとで詳しく説明する。
【００４８】充填手順に関してまずはじめに、充電すべ
きいずれか特定の圧電素子１０，２０，３０，４０，５
０または６０を選択する必要がある。もっぱら第１の圧
電素子１０を充電するためには、第１の分岐１１０の分
岐セレクタスイッチ１１が閉成されるのに対し、他のす
べての分岐セレクタスイッチ２１，３１，４１，５１，
６１は開放されたままである。また、もっぱら他の圧電
素子２０，３０，４０，５０，６０を充電するために
は、あるいは同時に複数の圧電素子を充電するために
は、対応する分岐セレクタスイッチ２１，３１，４１，
５１および／または６１の閉成によりそれらの圧電素子
が選択されることになる。
きいずれか特定の圧電素子１０，２０，３０，４０，５
０または６０を選択する必要がある。もっぱら第１の圧
電素子１０を充電するためには、第１の分岐１１０の分
岐セレクタスイッチ１１が閉成されるのに対し、他のす
べての分岐セレクタスイッチ２１，３１，４１，５１，
６１は開放されたままである。また、もっぱら他の圧電
素子２０，３０，４０，５０，６０を充電するために
は、あるいは同時に複数の圧電素子を充電するために
は、対応する分岐セレクタスイッチ２１，３１，４１，
５１および／または６１の閉成によりそれらの圧電素子
が選択されることになる。
【００４９】次に、充電手順自体を行うことができる：
一般にこの実施例においては充電手順のために、コンデ
ンサ２１０と第１の圧電素子１０のグループセレクタ圧
電端子１４との間に正の電位差が必要とされる。とはい
え充電スイッチ２２０と放電スイッチ２３０が開放され
ている間は、圧電素子１０の充電または放電は行われな
い。この状況において、図２に示されている回路は定常
状態であり、つまり圧電素子１０はその充電状態を実質
的に変化しないかたちで保ち続け、電流は流れない。
一般にこの実施例においては充電手順のために、コンデ
ンサ２１０と第１の圧電素子１０のグループセレクタ圧
電端子１４との間に正の電位差が必要とされる。とはい
え充電スイッチ２２０と放電スイッチ２３０が開放され
ている間は、圧電素子１０の充電または放電は行われな
い。この状況において、図２に示されている回路は定常
状態であり、つまり圧電素子１０はその充電状態を実質
的に変化しないかたちで保ち続け、電流は流れない。
【００５０】第１の圧電素子１０を充電する目的で充電
スイッチ２２０が閉成される。理論的には、第１の圧電
素子１０はそのようにすれば充電することができるであ
ろう。しかしこれによって、関連する素子にダメージを
与えかねない大電流の発生するおそれがある。したがっ
て、発生する電流が測定ポイント６２０において測定さ
れ、検出された電流が所定の限界を超えるとただちにス
イッチ２２０が閉じられる。このため、第１の圧電素子
１０において望ましい電荷が得られるようにする目的
で、充電スイッチ２２０が繰り返し開閉される一方、放
電スイッチ２３０は開放されたままである。
スイッチ２２０が閉成される。理論的には、第１の圧電
素子１０はそのようにすれば充電することができるであ
ろう。しかしこれによって、関連する素子にダメージを
与えかねない大電流の発生するおそれがある。したがっ
て、発生する電流が測定ポイント６２０において測定さ
れ、検出された電流が所定の限界を超えるとただちにス
イッチ２２０が閉じられる。このため、第１の圧電素子
１０において望ましい電荷が得られるようにする目的
で、充電スイッチ２２０が繰り返し開閉される一方、放
電スイッチ２３０は開放されたままである。
【００５１】詳しくは、充電スイッチ２２０が閉じられ
ているときに図３Ａに示されている状態が発生し、つま
り圧電素子１０とコンデンサ２１０とコイル２４０から
成る直列回路によって構成された閉回路が形成され、こ
の閉回路では電流ｉＬＥ（ｔ）は図３Ａの矢印で示され
ているように流れる。このように電流が流れた結果、両
方の正の電荷が第１の圧電素子１０のグループセレクタ
圧電端子１４に運ばれ、エネルギーがコイル２４０に蓄
積される。
ているときに図３Ａに示されている状態が発生し、つま
り圧電素子１０とコンデンサ２１０とコイル２４０から
成る直列回路によって構成された閉回路が形成され、こ
の閉回路では電流ｉＬＥ（ｔ）は図３Ａの矢印で示され
ているように流れる。このように電流が流れた結果、両
方の正の電荷が第１の圧電素子１０のグループセレクタ
圧電端子１４に運ばれ、エネルギーがコイル２４０に蓄
積される。
【００５２】充電スイッチ２２０が閉成されていた後に
短期間（たとえば数μｓ）開放されると、図３Ｂに示さ
れている状態が生じる。この場合、圧電素子１０と充電
ダイオード２２１とコイル２４０から成る直列回路によ
って構成された閉回路が形成され、この回路では電流ｉ
ＬＡ（ｔ）が図３Ｂの矢印で示されているように流れ
る。このように電流が流れた結果、コイル２４０に蓄積
されていたエネルギーが圧電素子１０へ流れる。圧電素
子１０へのエネルギー供給に応じて、圧電素子において
発生する電圧およびその外寸が大きくなる。コイル２４
０から圧電素子１０へエネルギーが移送されてしまう
と、図２に示した既述の回路の定常状態が再び生じる。
短期間（たとえば数μｓ）開放されると、図３Ｂに示さ
れている状態が生じる。この場合、圧電素子１０と充電
ダイオード２２１とコイル２４０から成る直列回路によ
って構成された閉回路が形成され、この回路では電流ｉ
ＬＡ（ｔ）が図３Ｂの矢印で示されているように流れ
る。このように電流が流れた結果、コイル２４０に蓄積
されていたエネルギーが圧電素子１０へ流れる。圧電素
子１０へのエネルギー供給に応じて、圧電素子において
発生する電圧およびその外寸が大きくなる。コイル２４
０から圧電素子１０へエネルギーが移送されてしまう
と、図２に示した既述の回路の定常状態が再び生じる。
【００５３】その時点で、あるいはそれ以前またはそれ
以降に（充電動作の所望の時間プロフィールに依存し
て）充電スイッチ２２０が再び閉じられ再び開かれ、そ
の結果、上述のプロセスが繰り返されることになる。充
電スイッチ２２０がこのように再び閉じられ再び開かれ
た結果、圧電素子１０に蓄積されるエネルギーが増大し
（圧電素子１０にすでに蓄積されていたエネルギーと新
たに供給されたエネルギーがいっしょに加算される）、
圧電素子１０において発生する電圧およびその外寸がこ
れに応じて増大する。
以降に（充電動作の所望の時間プロフィールに依存し
て）充電スイッチ２２０が再び閉じられ再び開かれ、そ
の結果、上述のプロセスが繰り返されることになる。充
電スイッチ２２０がこのように再び閉じられ再び開かれ
た結果、圧電素子１０に蓄積されるエネルギーが増大し
（圧電素子１０にすでに蓄積されていたエネルギーと新
たに供給されたエネルギーがいっしょに加算される）、
圧電素子１０において発生する電圧およびその外寸がこ
れに応じて増大する。
【００５４】充電スイッチ２２０の上述の開閉を非常に
多くの回数繰り返せば、圧電素子１０において発生する
電圧および圧電素子１０の伸長が段階的に増大する。
多くの回数繰り返せば、圧電素子１０において発生する
電圧および圧電素子１０の伸長が段階的に増大する。
【００５５】充電スイッチ２２０が所定の回数だけ開閉
されてしまうと、および／または圧電素子１０が所望の
充電状態に達してしまうと、充電スイッチ２２０を開い
たままにすることで圧電素子の充電が終了する。
されてしまうと、および／または圧電素子１０が所望の
充電状態に達してしまうと、充電スイッチ２２０を開い
たままにすることで圧電素子の充電が終了する。
【００５６】放電手順に関してこの実施例では、圧電素
子１０、２０、３０、４０、５０，６０がグループ（Ｇ
１および／またはＧ２）で次のように放電される。
子１０、２０、３０、４０、５０，６０がグループ（Ｇ
１および／またはＧ２）で次のように放電される。
【００５７】まずはじめに、放電すべき圧電素子をもつ
１つまたは複数のグループＧ１および／またはＧ２のグ
ループセレクタスイッチ３１０および／または３２０が
閉じられる（分岐セレクタスイッチ１１，２１，３１，
４１，５１，６１は放電手順のためには圧電素子１０，
２０，３０，４０，５０，６０の選択には作用しない。
それというのもこの場合、それらの分岐セレクタスイッ
チは分岐ダイオード１２，２２，３２，４２，５２，６
２によってバイパスされるからである）。このため第１
のグループＧ１の一部分である圧電素子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。
１つまたは複数のグループＧ１および／またはＧ２のグ
ループセレクタスイッチ３１０および／または３２０が
閉じられる（分岐セレクタスイッチ１１，２１，３１，
４１，５１，６１は放電手順のためには圧電素子１０，
２０，３０，４０，５０，６０の選択には作用しない。
それというのもこの場合、それらの分岐セレクタスイッ
チは分岐ダイオード１２，２２，３２，４２，５２，６
２によってバイパスされるからである）。このため第１
のグループＧ１の一部分である圧電素子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。
【００５８】放電スイッチ２３０が閉じられると、図３
Ｃに示されている状態が発生する。つまり、圧電素子１
０とコイル２４０から成る直列回路を有する閉回路が形
成され、この閉回路において電流ｉＥＥ（ｔ）が図３Ｃ
に矢印で示されているように流れる。このように電流が
流れた結果、圧電素子に蓄積されていたエネルギ（の一
部分）がコイル２４０に移送される。圧電素子１０から
コイル２４０へのエネルギ移送に応じて、圧電素子１０
において発生する電圧およびその外寸が減少する。
Ｃに示されている状態が発生する。つまり、圧電素子１
０とコイル２４０から成る直列回路を有する閉回路が形
成され、この閉回路において電流ｉＥＥ（ｔ）が図３Ｃ
に矢印で示されているように流れる。このように電流が
流れた結果、圧電素子に蓄積されていたエネルギ（の一
部分）がコイル２４０に移送される。圧電素子１０から
コイル２４０へのエネルギ移送に応じて、圧電素子１０
において発生する電圧およびその外寸が減少する。
【００５９】放電スイッチ２３０が閉じられていた後で
短時間（たとえば数μｓ）それが開かれると、図３Ｄに
示されている状態が発生する。つまりこの場合、圧電素
子１０とコンデンサ２１０と放電ダイオード２３１とコ
イル２４０から成る直列回路を有する閉回路が形成さ
れ、この閉回路において電流ｉＥＡ（ｔ）が図３Ｄに矢
印で示されているように流れる。このように電流が流れ
た結果、コイル２４０に蓄積されていたエネルギがコン
デンサ２１０にフィードバックされる。エネルギがコイ
ル２４０からコンデンサ２１０に移送されてしまうと、
図２に示した既述の回路の定常状態が再び生じるように
なる。
短時間（たとえば数μｓ）それが開かれると、図３Ｄに
示されている状態が発生する。つまりこの場合、圧電素
子１０とコンデンサ２１０と放電ダイオード２３１とコ
イル２４０から成る直列回路を有する閉回路が形成さ
れ、この閉回路において電流ｉＥＡ（ｔ）が図３Ｄに矢
印で示されているように流れる。このように電流が流れ
た結果、コイル２４０に蓄積されていたエネルギがコン
デンサ２１０にフィードバックされる。エネルギがコイ
ル２４０からコンデンサ２１０に移送されてしまうと、
図２に示した既述の回路の定常状態が再び生じるように
なる。
【００６０】その時点で、あるいはれ以前またはそれ以
後に（放電動作の所望の時間プロフィールに依存して）
放電スイッチ２３０が再び閉じられ再び開かれる。その
結果、上述のプロセスが繰り返される。放電スイッチ２
３０がこのように再び閉じられたり開かれたりした結
果、圧電素子１０に蓄積されるエネルギーがさらに減少
し、この圧電素子において生じる電圧およびその外寸が
これに応じて減少する。
後に（放電動作の所望の時間プロフィールに依存して）
放電スイッチ２３０が再び閉じられ再び開かれる。その
結果、上述のプロセスが繰り返される。放電スイッチ２
３０がこのように再び閉じられたり開かれたりした結
果、圧電素子１０に蓄積されるエネルギーがさらに減少
し、この圧電素子において生じる電圧およびその外寸が
これに応じて減少する。
【００６１】放電スイッチ２３０の上述の開閉が非常に
多くの回数繰り返されるならば、圧電素子１０において
生じる電圧およびこの圧電素子１０の伸長が段階的に減
少する。
多くの回数繰り返されるならば、圧電素子１０において
生じる電圧およびこの圧電素子１０の伸長が段階的に減
少する。
【００６２】放電スイッチ２３０が所定の回数だけ開閉
されてしまうと、および／または圧電素子が所望の放電
状態に達してしまうと、放電スイッチ２３０を開いたま
まにすることで圧電素子１０の放電が終了する。
されてしまうと、および／または圧電素子が所望の放電
状態に達してしまうと、放電スイッチ２３０を開いたま
まにすることで圧電素子１０の放電が終了する。
【００６３】作動ＩＣ Ｅおよびコントロールユニット
Ｄと詳細領域Ａ内の素子との間の相互作用は、作動ＩＣ
Ｅから詳細領域Ａ内の素子へ送られるコントロール信
号によって実行され、このコントロール信号は、分岐セ
レクタコントロールライン４１０，４２０，４３０，４
４０，４５０，４６０、グループセレクタコントロール
ライン５１０，５２０、ストップスイッチコントロール
ライン５３０、充電スイッチコントロールライン５４
０、放電スイッチコントロールライン５５０、ならびに
コントロールライン５６０を介して送られる。他方、詳
細領域Ａ内の測定ポイント６００，６１０，６２０，６
３０，６４０，６５０においてセンサ信号が得られ、こ
れらのセンサ信号はセンサライン７００，７１０，７２
０，７３０，７４０，７５０を介して作動ＩＣ Ｅに伝
送される。
Ｄと詳細領域Ａ内の素子との間の相互作用は、作動ＩＣ
Ｅから詳細領域Ａ内の素子へ送られるコントロール信
号によって実行され、このコントロール信号は、分岐セ
レクタコントロールライン４１０，４２０，４３０，４
４０，４５０，４６０、グループセレクタコントロール
ライン５１０，５２０、ストップスイッチコントロール
ライン５３０、充電スイッチコントロールライン５４
０、放電スイッチコントロールライン５５０、ならびに
コントロールライン５６０を介して送られる。他方、詳
細領域Ａ内の測定ポイント６００，６１０，６２０，６
３０，６４０，６５０においてセンサ信号が得られ、こ
れらのセンサ信号はセンサライン７００，７１０，７２
０，７３０，７４０，７５０を介して作動ＩＣ Ｅに伝
送される。
【００６４】これらのコントロールラインは、上述のよ
うに対応するスイッチの開閉により圧電素子１０，２
０，３０，４０，５０または６０を選択して１つまたは
複数の圧電素子１０，２０，３０，４０，５０，６０の
充電または放電の手順を実施する目的で、トランジスタ
のベースに電圧を供給したり供給しなかったりするため
に用いられる。これらのセンサ信号はたとえば、測定ポ
イント６００もしくは６１０においては圧電素子１０，
２０，３０もしくは４０，５０，６０で生じた電圧を検
出するために使用され、測定ポイント６２０においては
充電電流および放電電流を検出するために使用される。
うに対応するスイッチの開閉により圧電素子１０，２
０，３０，４０，５０または６０を選択して１つまたは
複数の圧電素子１０，２０，３０，４０，５０，６０の
充電または放電の手順を実施する目的で、トランジスタ
のベースに電圧を供給したり供給しなかったりするため
に用いられる。これらのセンサ信号はたとえば、測定ポ
イント６００もしくは６１０においては圧電素子１０，
２０，３０もしくは４０，５０，６０で生じた電圧を検
出するために使用され、測定ポイント６２０においては
充電電流および放電電流を検出するために使用される。
【００６５】図４Ａから図４Ｄには充放電サイクルにお
ける２つの時相が描かれており、この場合、本発明によ
れば短絡を検出するために異常電流を測定することがで
きる。図４Ａおよび図４Ｂには図３Ａと同じ充電サイク
ル中の時相が描かれており、このとき充電スイッチは閉
じられている。図４Ａおよび図４Ｂには、圧電素子の正
の端子から（図４Ａ）または負の端子から（図４Ｂ）ア
ースに向かって短絡が発生したとき、回路がどのように
変化するのかが示されている。ここに示されているよう
に、いずれの事例でも電流はバッファ分路抵抗６５１と
バッファコンデンサ２１０を通って時計回り方向に流れ
続けることになるが、圧電素子の分路抵抗３００を通っ
ては流れない。短絡のない通常の条件のもとでは、電流
は両方の分路抵抗６５１および３００を通って流れるこ
とになる。
ける２つの時相が描かれており、この場合、本発明によ
れば短絡を検出するために異常電流を測定することがで
きる。図４Ａおよび図４Ｂには図３Ａと同じ充電サイク
ル中の時相が描かれており、このとき充電スイッチは閉
じられている。図４Ａおよび図４Ｂには、圧電素子の正
の端子から（図４Ａ）または負の端子から（図４Ｂ）ア
ースに向かって短絡が発生したとき、回路がどのように
変化するのかが示されている。ここに示されているよう
に、いずれの事例でも電流はバッファ分路抵抗６５１と
バッファコンデンサ２１０を通って時計回り方向に流れ
続けることになるが、圧電素子の分路抵抗３００を通っ
ては流れない。短絡のない通常の条件のもとでは、電流
は両方の分路抵抗６５１および３００を通って流れるこ
とになる。
【００６６】図４Ｃおよび図４Ｄには図３Ｄと同じ放電
サイクル中の時相が描かれており、このとき放電スイッ
チは開かれている。図４Ｃおよび図４Ｄは、圧電素子の
正の端子から（図４Ｃ）または負の端子から（図４Ｄ）
アースに向かって短絡が発生したとき、回路がどのよう
に変化するのかが示されている。このサイクルの時相
中、電流はバッファコンデンサ２１０およびバッファ分
路抵抗６５１を通って反時計回りに流れる続けることに
なるが、圧電素子の分路抵抗３００を通っては流れな
い。
サイクル中の時相が描かれており、このとき放電スイッ
チは開かれている。図４Ｃおよび図４Ｄは、圧電素子の
正の端子から（図４Ｃ）または負の端子から（図４Ｄ）
アースに向かって短絡が発生したとき、回路がどのよう
に変化するのかが示されている。このサイクルの時相
中、電流はバッファコンデンサ２１０およびバッファ分
路抵抗６５１を通って反時計回りに流れる続けることに
なるが、圧電素子の分路抵抗３００を通っては流れな
い。
【００６７】図２に示されているように、コントロール
ユニットＤおおび作動ＩＣ Ｅは、パラレルバス８４０
および付加的にシリアルバス８５０によって互いに接続
されている。これらのパラレルバス８４０は殊にコント
ロールユニットＤから作動ＩＣ Ｅへのコントロール信
号の高速伝送のために使用される一方、シリアルバス８
５０はそれよりも低速のデータ伝送のために使用され
る。
ユニットＤおおび作動ＩＣ Ｅは、パラレルバス８４０
および付加的にシリアルバス８５０によって互いに接続
されている。これらのパラレルバス８４０は殊にコント
ロールユニットＤから作動ＩＣ Ｅへのコントロール信
号の高速伝送のために使用される一方、シリアルバス８
５０はそれよりも低速のデータ伝送のために使用され
る。
【００６８】図５には、作動ＩＣ Ｅに設けられている
いくつのコンポーネントが示されており、すなわちこれ
にはロジック回路８００、ＲＡＭメモリ８１０、ディジ
タル／アナログ変換器システム８２０および比較器シス
テム８３０が設けられている。さらにここに示されてい
るように、（コントロール信号のために使われる）高速
パラレルバス８４０が作動ＩＣ Ｅのロジック回路８０
０に接続されている一方、それよりも低速のシリアルバ
ス８５０がＲＡＭメモリ８１０に接続されている。ロジ
ック回路８００は、ＲＡＭメモリ８１０、比較器システ
ム８３０および信号ライン４１０、４２０、４３０、４
４０、４５０、４６０；５１０、５２０；５３０；５４
０、５５０、５６０に接続されている。ＲＡＭメモリ８
１０はロジック回路８００ならびにデジタル/アナログ
変換器システム８２０に接続されている。デジタル/ア
ナログ変換器システム８２０はさらに比較器システム８
３０に接続されている。比較器システム８３０はさらに
センサライン７００、７１０；７２０；７３０、７４
０、７５０、ならびに（すでに述べたように）ロジック
回路８００に接続されている。
いくつのコンポーネントが示されており、すなわちこれ
にはロジック回路８００、ＲＡＭメモリ８１０、ディジ
タル／アナログ変換器システム８２０および比較器シス
テム８３０が設けられている。さらにここに示されてい
るように、（コントロール信号のために使われる）高速
パラレルバス８４０が作動ＩＣ Ｅのロジック回路８０
０に接続されている一方、それよりも低速のシリアルバ
ス８５０がＲＡＭメモリ８１０に接続されている。ロジ
ック回路８００は、ＲＡＭメモリ８１０、比較器システ
ム８３０および信号ライン４１０、４２０、４３０、４
４０、４５０、４６０；５１０、５２０；５３０；５４
０、５５０、５６０に接続されている。ＲＡＭメモリ８
１０はロジック回路８００ならびにデジタル/アナログ
変換器システム８２０に接続されている。デジタル/ア
ナログ変換器システム８２０はさらに比較器システム８
３０に接続されている。比較器システム８３０はさらに
センサライン７００、７１０；７２０；７３０、７４
０、７５０、ならびに（すでに述べたように）ロジック
回路８００に接続されている。
【００６９】先に挙げた各コンポーネントはたとえば以
下のようにして充電手順において使用される：コントロ
ールユニットＤによって、所定の目標電圧まで充電すべ
き特定の圧電素子１０、２０、３０、４０、５０または
６０が決められる。したがってまずはじめに（デジタル
数字により表現された）目標電圧の値が、比較的低速な
シリアルバス８５０を介してＲＡＭメモリ８１０へ伝送
される。目標電圧はたとえば、主噴射において使われる
Ｕｏｐｔ のための値とすることができる。その後ある
いはそれと同時に、選択すべき特定の圧電素子１０、２
０、３０、４０、５０または６０に対応するコードおよ
びＲＡＭメモリ８１０内の所望の電圧のアドレスが、パ
ラレルバス８４０を介してロジック回路８００に伝送さ
れる。その後でストローブ信号がロジック回路８００へ
パラレルバス８４０を介して送られ、これは充電手順の
ためのスタート信号を供給する。
下のようにして充電手順において使用される：コントロ
ールユニットＤによって、所定の目標電圧まで充電すべ
き特定の圧電素子１０、２０、３０、４０、５０または
６０が決められる。したがってまずはじめに（デジタル
数字により表現された）目標電圧の値が、比較的低速な
シリアルバス８５０を介してＲＡＭメモリ８１０へ伝送
される。目標電圧はたとえば、主噴射において使われる
Ｕｏｐｔ のための値とすることができる。その後ある
いはそれと同時に、選択すべき特定の圧電素子１０、２
０、３０、４０、５０または６０に対応するコードおよ
びＲＡＭメモリ８１０内の所望の電圧のアドレスが、パ
ラレルバス８４０を介してロジック回路８００に伝送さ
れる。その後でストローブ信号がロジック回路８００へ
パラレルバス８４０を介して送られ、これは充電手順の
ためのスタート信号を供給する。
【００７０】そしてこのスタート信号によりまずはじめ
にロジック回路８００は、ＲＡＭメモリ８１０から目標
電圧のデジタル値を取り出し、このデジタル値をデジタ
ル/アナログ変換器システム８２０に伝達させる。これ
によりこの変換器８２０の１つのアナログ出力側に所望
の電圧が現れる。さらに前記アナログ出力側（図示せ
ず）は比較器システム８３０に接続されている。これに
加えてロジック回路８００は、（第１のグループＧ１の
圧電素子１０、２０、３０のいずれかのための）測定ポ
イント６００または（第２のグループＧ２の圧電素子４
０、５０または６０のいずれかのための）測定ポイント
６１０を比較器システム８３０に対して選択する。その
結果、目標電圧と選択された圧電素子１０、２０、３
０、４０、５０または６０における目下の電圧とが比較
器システム８３０によって比較される。この比較の結果
が、すなわち目標電圧と目下の電圧との間の差が、ロジ
ック回路８００へ伝送される。これによりロジック回路
８００は、目標電圧と目下の電圧とが互いに等しくなる
とただちにこの手順を停止することができる。
にロジック回路８００は、ＲＡＭメモリ８１０から目標
電圧のデジタル値を取り出し、このデジタル値をデジタ
ル/アナログ変換器システム８２０に伝達させる。これ
によりこの変換器８２０の１つのアナログ出力側に所望
の電圧が現れる。さらに前記アナログ出力側（図示せ
ず）は比較器システム８３０に接続されている。これに
加えてロジック回路８００は、（第１のグループＧ１の
圧電素子１０、２０、３０のいずれかのための）測定ポ
イント６００または（第２のグループＧ２の圧電素子４
０、５０または６０のいずれかのための）測定ポイント
６１０を比較器システム８３０に対して選択する。その
結果、目標電圧と選択された圧電素子１０、２０、３
０、４０、５０または６０における目下の電圧とが比較
器システム８３０によって比較される。この比較の結果
が、すなわち目標電圧と目下の電圧との間の差が、ロジ
ック回路８００へ伝送される。これによりロジック回路
８００は、目標電圧と目下の電圧とが互いに等しくなる
とただちにこの手順を停止することができる。
【００７１】次にロジック回路８００は、選択された圧
電素子１０、２０、３０、４０、５０または６０に対応
する分岐セレクタスイッチ１１、２１、３１、４１、５
１または６１にコントロール信号を供給し、それにより
このスイッチが閉じられる（全ての分岐セレクタスイッ
チ１１、２１、３１、４１、５１、６１はこの実施例で
は充電手順の開始の前には開いた状態にあるものとみな
される）。次いで、ロジック回路８００はコントロール
信号を充電スイッチ２２０に供給し、その結果、このス
イッチが閉じられることになる。さらにロジック回路８
００は測定ポイント６２０に生じる電流の測定を開始す
る。ここで、測定された電流はまえもって定められてい
る最大値と比較器システム８３０によって比較される。
検出された電流がまえもって定めらた最大値に到達する
とただちに、ロジック回路８００は充電スイッチ２２０
を再び開くよう指示する。
電素子１０、２０、３０、４０、５０または６０に対応
する分岐セレクタスイッチ１１、２１、３１、４１、５
１または６１にコントロール信号を供給し、それにより
このスイッチが閉じられる（全ての分岐セレクタスイッ
チ１１、２１、３１、４１、５１、６１はこの実施例で
は充電手順の開始の前には開いた状態にあるものとみな
される）。次いで、ロジック回路８００はコントロール
信号を充電スイッチ２２０に供給し、その結果、このス
イッチが閉じられることになる。さらにロジック回路８
００は測定ポイント６２０に生じる電流の測定を開始す
る。ここで、測定された電流はまえもって定められてい
る最大値と比較器システム８３０によって比較される。
検出された電流がまえもって定めらた最大値に到達する
とただちに、ロジック回路８００は充電スイッチ２２０
を再び開くよう指示する。
【００７２】再び、測定ポイント６２０における残留電
流が検出され、まえもって定められた最小値と比較され
る。このまえもって定められた最小値に到達するとただ
ちに、ロジック回路８００は充電スイッチ２２０を再び
閉じるよう指示し、この手順がもう一度始められる。
流が検出され、まえもって定められた最小値と比較され
る。このまえもって定められた最小値に到達するとただ
ちに、ロジック回路８００は充電スイッチ２２０を再び
閉じるよう指示し、この手順がもう一度始められる。
【００７３】充電スイッチ２２０の開閉は、測定ポイン
ト６００または６１０において検出された電圧が目標電
圧を下回るとただちに繰り返される。目標電圧に到達す
るとただちに、ロジック回路はこの手順の継続を停止す
る。
ト６００または６１０において検出された電圧が目標電
圧を下回るとただちに繰り返される。目標電圧に到達す
るとただちに、ロジック回路はこの手順の継続を停止す
る。
【００７４】放電手順は相応のやり方で行われる。すな
わち圧電素子１０、２０、３０、４０、５０または６０
の選択がグループセレクタスイッチ３１０もしくは３２
０によって行われ、充電スイッチ２２０の代わりに放電
スイッチ２３０が開閉され、この場合、まえもって定め
られた最小目標電圧に到達しなくてはならない。
わち圧電素子１０、２０、３０、４０、５０または６０
の選択がグループセレクタスイッチ３１０もしくは３２
０によって行われ、充電スイッチ２２０の代わりに放電
スイッチ２３０が開閉され、この場合、まえもって定め
られた最小目標電圧に到達しなくてはならない。
【００７５】充放電動作のタイミングならびに圧電素子
１０、２０、３０、４０、５０または６０における電圧
レベルの維持たとえば主噴射の時間などは、たとえば図
２に示されているようなバルブストロークに従うものと
することができる。
１０、２０、３０、４０、５０または６０における電圧
レベルの維持たとえば主噴射の時間などは、たとえば図
２に示されているようなバルブストロークに従うものと
することができる。
【００７６】なお、充電または放電の手順についてこれ
まで述べてきた説明は実例にすぎないことは自明であ
る。したがって上述の回路あるいは他の回路を利用する
どのような他の手順であってもあらゆる所望の目的に整
合させることができ、上述の実例の代わりにいかなる相
応の手順であっても使うことができる。
まで述べてきた説明は実例にすぎないことは自明であ
る。したがって上述の回路あるいは他の回路を利用する
どのような他の手順であってもあらゆる所望の目的に整
合させることができ、上述の実例の代わりにいかなる相
応の手順であっても使うことができる。
【００７７】圧電素子を作動させるための目標電圧はＲ
ＡＭメモリ８１０に格納されている。ＲＡＭメモリ８１
０に格納されている値には、計量ユニットの期間計算
と、たとえば上述のような充放電手順における目標電圧
として用いられるＵｏｐｔ に対する初期値が含まれて
いる。
ＡＭメモリ８１０に格納されている。ＲＡＭメモリ８１
０に格納されている値には、計量ユニットの期間計算
と、たとえば上述のような充放電手順における目標電圧
として用いられるＵｏｐｔ に対する初期値が含まれて
いる。
【００７８】Ｕｏｐｔ の値を、たとえば燃料圧力など
燃料噴射装置における動作特性の関数として変化させる
ことができる。これについては本願と同じ出願日の並行
出願"Method and Apparatus for Charging a Piezoelec
tric Element" に詳しく説明されている。したがってＲ
ＡＭメモリ８１０に格納されている値には、測定された
燃料圧力の関数として、セットされた初期のＵｏｐｔ
電圧に加算されたあるいはそこから減算されたデルタ値
が含まれている。これについては本願と同じ出願日の並
行出願 "Method and Apparatus for Charging a Piezoe
lectric Element" に記載されている。記憶されている
電圧は変えることが、連続的に最適化することができ
る。これについては本願と同じ出願日の並行出願 "Onli
ne Optimization of Injection Systems Having Piezoe
lectric Elements" に記載されている。圧電素子駆動中
のシャーシアースに対する短絡を検出するための本発明
は、上述の実施形態を用いて容易に実装することができ
る。上述のように本発明は、圧電素子駆動回路内の様々
な場所で電流を監視することにより短絡を検出する。殊
に、充電時相中は充電スイッチ２２０が閉じられたと
き、そして放電時相中は放電スイッチ２３０が開かれた
とき、電流は図３Ａと図３Ｄに描かれているようにバッ
ファ分路抵抗６５１と圧電分路抵抗３００の両方を通っ
て流れることになる。しかし、圧電素子からシャシアー
スに向かって短絡が発生すると、図４Ａから図４Ｄに示
されているように圧電分路抵抗３００には電流が生じな
いことになる。典型的には、回路が充電モードまたは放
電モードにある間、電流の最大勾配は１０Ａ／μｓであ
る。
燃料噴射装置における動作特性の関数として変化させる
ことができる。これについては本願と同じ出願日の並行
出願"Method and Apparatus for Charging a Piezoelec
tric Element" に詳しく説明されている。したがってＲ
ＡＭメモリ８１０に格納されている値には、測定された
燃料圧力の関数として、セットされた初期のＵｏｐｔ
電圧に加算されたあるいはそこから減算されたデルタ値
が含まれている。これについては本願と同じ出願日の並
行出願 "Method and Apparatus for Charging a Piezoe
lectric Element" に記載されている。記憶されている
電圧は変えることが、連続的に最適化することができ
る。これについては本願と同じ出願日の並行出願 "Onli
ne Optimization of Injection Systems Having Piezoe
lectric Elements" に記載されている。圧電素子駆動中
のシャーシアースに対する短絡を検出するための本発明
は、上述の実施形態を用いて容易に実装することができ
る。上述のように本発明は、圧電素子駆動回路内の様々
な場所で電流を監視することにより短絡を検出する。殊
に、充電時相中は充電スイッチ２２０が閉じられたと
き、そして放電時相中は放電スイッチ２３０が開かれた
とき、電流は図３Ａと図３Ｄに描かれているようにバッ
ファ分路抵抗６５１と圧電分路抵抗３００の両方を通っ
て流れることになる。しかし、圧電素子からシャシアー
スに向かって短絡が発生すると、図４Ａから図４Ｄに示
されているように圧電分路抵抗３００には電流が生じな
いことになる。典型的には、回路が充電モードまたは放
電モードにある間、電流の最大勾配は１０Ａ／μｓであ
る。
【００７９】図２に示されているように、バッファ分路
抵抗６５１を流れる電流は測定ポイント６５０を介して
測定される。また、圧電分路抵抗３００を流れる電流は
測定ポイント６２０を介して測定される。本発明の目的
のために、測定ポイント６２０および６５０からの電流
測定は比較器システム８３０により比較され、２つの電
流の差を表す信号が生成され、ロジック回路８００へ供
給される。
抵抗６５１を流れる電流は測定ポイント６５０を介して
測定される。また、圧電分路抵抗３００を流れる電流は
測定ポイント６２０を介して測定される。本発明の目的
のために、測定ポイント６２０および６５０からの電流
測定は比較器システム８３０により比較され、２つの電
流の差を表す信号が生成され、ロジック回路８００へ供
給される。
【００８０】短絡が存在していないとき電流値がだいた
い等しいことがわかっていれば、ロジック回路８００は
上述の駆動サイクル時相中、この差を監視することにな
る。充電サイクル中に充電スイッチ２２０を閉じるため
ロジック回路８００がコントロール信号を供給すると、
および放電サイクル中に放電スイッチ２３０を開くため
コントロール信号を供給すると、ロジック回路８００は
比較器システム８３０からの電流差を監視する。電流差
信号が所定の最大値よりも大きければ、ロジック回路８
００は短絡発生を表すエラー信号を発生する。本発明の
１つの実施形態によれば電流診断ユニットは、抵抗６５
２および６５３から成る分圧器と、作動ＩＣ Ｅと、検
出された電流差を評価するコントロールユニットＤを有
している。
い等しいことがわかっていれば、ロジック回路８００は
上述の駆動サイクル時相中、この差を監視することにな
る。充電サイクル中に充電スイッチ２２０を閉じるため
ロジック回路８００がコントロール信号を供給すると、
および放電サイクル中に放電スイッチ２３０を開くため
コントロール信号を供給すると、ロジック回路８００は
比較器システム８３０からの電流差を監視する。電流差
信号が所定の最大値よりも大きければ、ロジック回路８
００は短絡発生を表すエラー信号を発生する。本発明の
１つの実施形態によれば電流診断ユニットは、抵抗６５
２および６５３から成る分圧器と、作動ＩＣ Ｅと、検
出された電流差を評価するコントロールユニットＤを有
している。
【００８１】この場合、所定の最大差をほぼ１Ａにセッ
トすることができる。したがって１０Ａ／μｓの電流勾
配であれば０．１μｓで閾値に達して検出可能となる。
いっそう有利であるのは、所定最大差を約３〜５Ａにし
て圧電駆動回路中のノイズに起因する誤検出を避けるこ
とである。３〜５Ａの限界値であれば、０．３〜０．５
μｓで閾値に達して検出可能となる。ロジック回路８０
０および比較器システム８３０における限界周波数によ
って、短絡検出時間の遅れる可能性がある。典型的に
は、検出回路の限界は１〜２μｓの範囲内となる。した
がってたとえば５Ａの所定最大差であれば、検出時間は
１．５〜２．５μｓの範囲内となる。
トすることができる。したがって１０Ａ／μｓの電流勾
配であれば０．１μｓで閾値に達して検出可能となる。
いっそう有利であるのは、所定最大差を約３〜５Ａにし
て圧電駆動回路中のノイズに起因する誤検出を避けるこ
とである。３〜５Ａの限界値であれば、０．３〜０．５
μｓで閾値に達して検出可能となる。ロジック回路８０
０および比較器システム８３０における限界周波数によ
って、短絡検出時間の遅れる可能性がある。典型的に
は、検出回路の限界は１〜２μｓの範囲内となる。した
がってたとえば５Ａの所定最大差であれば、検出時間は
１．５〜２．５μｓの範囲内となる。
【００８２】ロジック回路８００により発生されたエラ
ー信号は、作動ＩＣ Ｅにエラーメモリを形成するため
に使用することができる。さらにコントロールユニット
Ｄと作動ＩＣ Ｅをプログラミングして、短絡エラー信
号が発生したときに圧電素子１０，２０，３０，４０，
５０，６０の駆動を停止させるようにすることができ
る。短絡エラー信号によって充放電サイクルが停止され
るときに重要であるのは、意図せずに充電されてしまっ
た圧電素子１０，２０，３０，４０，５０，６０が放電
されるようにすることである。したがって短絡が検出さ
れ駆動サイクルが停止された後で作動ＩＣ Ｅは、充電
された圧電素子が完全に放電されるようストップスイッ
チ３３１とグループスイッチ３１０，３２０を閉じるよ
うにする。
ー信号は、作動ＩＣ Ｅにエラーメモリを形成するため
に使用することができる。さらにコントロールユニット
Ｄと作動ＩＣ Ｅをプログラミングして、短絡エラー信
号が発生したときに圧電素子１０，２０，３０，４０，
５０，６０の駆動を停止させるようにすることができ
る。短絡エラー信号によって充放電サイクルが停止され
るときに重要であるのは、意図せずに充電されてしまっ
た圧電素子１０，２０，３０，４０，５０，６０が放電
されるようにすることである。したがって短絡が検出さ
れ駆動サイクルが停止された後で作動ＩＣ Ｅは、充電
された圧電素子が完全に放電されるようストップスイッ
チ３３１とグループスイッチ３１０，３２０を閉じるよ
うにする。
【図１】実例としてのコントロールバルブストロークの
プロフィールを示す図である。
プロフィールを示す図である。
【図２】本発明を実行することのできる装置の１つの実
施形態を示すブロック図である。
施形態を示すブロック図である。
【図３Ａ】図２の回路における第１の充電時相（充電ス
イッチ２００閉成）中に発生する状態の説明図である。
イッチ２００閉成）中に発生する状態の説明図である。
【図３Ｂ】図２の回路における第２の充電時相（充電ス
イッチ２２０再開放）中に発生する状態の説明図であ
る。
イッチ２２０再開放）中に発生する状態の説明図であ
る。
【図３Ｃ】図２の回路における第１の放電時相（放電ス
イッチ２３０閉成）中に発生する状態の説明図である。
イッチ２３０閉成）中に発生する状態の説明図である。
【図３Ｄ】図２の回路における第１の放電時相（放電ス
イッチ２３０閉成）中に発生する状態の説明図である。
イッチ２３０閉成）中に発生する状態の説明図である。
【図４Ａ】図３Ａに示した充電時相中、充電スイッチが
閉じられている間の圧電素子の正の端子における短絡状
態を示す図である。
閉じられている間の圧電素子の正の端子における短絡状
態を示す図である。
【図４Ｂ】図３Ａに示した充電時相中、充電スイッチが
閉じられている間の圧電素子の負の端子における短絡状
態を示す図である。
閉じられている間の圧電素子の負の端子における短絡状
態を示す図である。
【図４Ｃ】図３Ｄに示した放電時相中、放電スイッチが
閉じられている間の圧電素子の正の端子における短絡状
態を示す図である。
閉じられている間の圧電素子の正の端子における短絡状
態を示す図である。
【図４Ｄ】図３Ｄに示した放電時相中、放電スイッチが
閉じられている間の圧電素子の正の端子における短絡状
態を示す図である。
閉じられている間の圧電素子の正の端子における短絡状
態を示す図である。
【図５】図２にも示した作動ＩＣ Ｅのコンポーネント
のブロック図である。
のブロック図である。
【図６】圧電素子をアクチュエータとして使用する燃料
噴射システムの概略図である。
噴射システムの概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G066 AA07 BA31 BA33 CC05U CD26 CE12 CE16 CE27 CE29 CE35 3G084 AA01 BA13 BA15 DA27 DA29 DA31 DA33 EB22 3G301 HA02 JB02 JB04 JB09 JB10 LB11 LC05 PG01B PG02B
Claims (14)
- 【請求項１】 駆動回路を用いて圧電素子（１０，２
０，３０，４０，５０または６０）を充電および／また
は放電することにより噴射燃料量をコントロールするた
めの、圧電素子（１０，２０，３０，４０，５０または
６０）を備えた燃料噴射装置において、 燃料噴射装置は電流診断ユニットを有しており、該電流
診断ユニットは駆動回路を流れる電流の障害を該障害の
発生の１０μｓ以内で検出することを特徴とする、 燃料噴射装置。 - 【請求項２】 前記電流診断ユニットは障害発生の０．
１μｓ〜１０μｓ以内で該障害を検出する、請求項１記
載の燃料噴射装置。 - 【請求項３】 前記電流診断ユニットは障害発生の３μ
ｓ以内で該障害を検出する、請求項１または２記載の燃
料噴射装置。 - 【請求項４】 前記電流診断ユニットは、圧電素子（１
０，２０，３０，４０，５０または６０）へ流入する入
力電流と圧電素子（１０，２０，３０，４０，５０また
は６０）から流出する出力電流を検出することにより障
害を検出する、請求項１、２または３記載の燃料噴射装
置。 - 【請求項５】 前記電流診断ユニットは入力電流と出力
電流の比較に基づき障害を検出する、請求項４記載の燃
料噴射装置。 - 【請求項６】 前記電流診断ユニットは所定のタイムイ
ンターバルだけ障害を調べる、請求項１から５のいずれ
か１項記載の燃料噴射装置。 - 【請求項７】 前記障害には、圧電素子（１０，２０，
３０，４０，５０または６０）駆動中の該素子からアー
スへの短絡が含まれている、請求項１から６のいずれか
１項記載の燃料噴射装置。 - 【請求項８】 前記電流診断ユニットは、駆動回路の異
なる部分を流れる電流を比較する比較器回路と、該比較
器回路から差信号を受け取るコントロールユニット
（Ｄ）を有しており、該コントロールユニット（Ｄ）
は、圧電素子（１０，２０，３０，４０，５０または６
０）の充電または放電中に差信号が所定の最大値よりも
大きくなるとエラー信号を発生する、請求項１から７の
いずれか１項記載の燃料噴射装置。 - 【請求項９】 前記比較器回路は、圧電素子（１０，２
０，３０，４０，５０または６０）に直列に接続された
圧電分路抵抗とバッファ回路を流れる電流を比較する、
請求項８記載の燃料噴射装置。 - 【請求項１０】 駆動サイクル中の所定の期間は、短絡
の生じていないときに前記のバッファ回路と圧電分路抵
抗の両方が共通の電流を搬送しているときである、請求
項８または９記載の燃料噴射装置。 - 【請求項１１】 前記比較器回路は分圧器回路内の測定
ポイントから電流測定信号を受け取る、請求項８、９ま
たは１０記載の燃料噴射装置。 - 【請求項１２】 前記エラー信号はエラーメモリ内のエ
ントリとして記録される、請求項９、１０または１１記
載の燃料噴射装置。 - 【請求項１３】 前記電流診断ユニットはエラーが検出
されたときにすべての圧電素子を放電させる、請求項１
から１２のいずれか１項記載の燃料噴射装置。 - 【請求項１４】 駆動回路を用いて圧電素子（１０，２
０，３０，４０，５０または６０）を充電および／また
は放電することにより噴射燃料量をコントロールするた
めの、圧電素子（１０，２０，３０，４０，５０または
６０）を備えた燃料噴射装置の作動方法、たとえば請求
項１から１３のいずれか１項記載の燃料噴射装置の作動
方法において、 駆動回路を流れる電流をチェックし、該駆動回路を流れ
る電流において生じる可能性のある障害を該障害の発生
の１０μｓ以内で検出することを特徴とする、 燃料噴射装置の作動方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP00106965.7 | 2000-04-01 | ||
| EP00106965A EP1138917B2 (en) | 2000-04-01 | 2000-04-01 | Fuel injection system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001349241A true JP2001349241A (ja) | 2001-12-21 |
| JP4625196B2 JP4625196B2 (ja) | 2011-02-02 |
Family
ID=8168315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001103839A Expired - Fee Related JP4625196B2 (ja) | 2000-04-01 | 2001-04-02 | 燃料噴射装置および該燃料噴射装置の作動方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6498418B2 (ja) |
| EP (1) | EP1138917B2 (ja) |
| JP (1) | JP4625196B2 (ja) |
| DE (1) | DE60018549T2 (ja) |
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| JP2011521171A (ja) * | 2008-05-26 | 2011-07-21 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 負荷脱落を診断するための方法 |
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Families Citing this family (18)
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