JP2001502120A - 圧電素子の充電および放電方法並びに充電および放電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 圧電素子（１）の充電および放電方法並びに装置が記載されている。ここでは圧電素子を充電する充電電流ないし圧電素子を放電する放電電流が誘導性特性を有する構成素子（２）を介して供給される。記載の方法および装置は、充電電流回路に設けられたスイッチ（３）ないし放電電流回路に設けられたスイッチ（５）を、充電ないし放電の間に次のように繰り返し操作する、すなわち圧電素子が所定の平均充電電流ないし所定の平均放電電流によって所定の電圧にもたらされるように繰り返し操作することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 圧電素子の充電および放電方法 並びに充電および放電装置 本発明は、請求項１の上位概念による方法および請求項１０の上位概念による 装置に関する。すなわち、圧電素子の充電および放電方法および装置に関し、こ こでは圧電素子を充電する充電電流ないし圧電素子を放電する放電電流が誘導性 特性を有する構成素子を介して導かれる。 本発明で取り扱われる圧電素子は例えばアクチュエータないし調整素子として 使用される圧電素子であるが、これに限定されるものではない。圧電素子はこの 種の目的のために使用することができる。なぜなら圧電素子は公知のように、こ れに印加される電圧に依存して収縮または膨張する特性を有するからである。 調整素子を圧電素子によって実際に実現することには、当該の調整素子が高速 におよび／または頻繁に運動を実行できるという利点がある。 調整素子として圧電素子を使用することはとりわけ、内燃機関に対する燃料噴 射ノズルで有利である。圧電素子を燃料噴射ノズルに使用することについてはＥ Ｐ０３７１４６９Ｂ１およびＥＰ０３７９１８２Ｂ１を参照。 圧電素子は容量性負荷であり、すでに前に述べたようにそれぞれの充電状態な いしこれで調整される電圧または印加される電圧に相応して収縮ないし膨張する 。 圧電素子の充電と放電はとりわけ誘導性特性を有する構成素子、例えばコイル を介して行われる。ここでこのコイルはまず第１に、充電時に発生する充電流電 流と放電時に発生する放電電流を制限するために用いる。このような構成は図８ に示されている。 充電ないし放電すべき圧電素子は図８では１０１の参照番号が付されている。 これは充電スイッチ１０２を介して閉鎖可能な充電電流回路と、放電スイッチ１ ０６を介して閉鎖可能な放電電流回路の構成部材である。ここで充電電流回路は 充電スイッチ１０２，ダイオード１０３，充電コイル１０４，圧電素子１０１， および電圧源１０５の直列回路からなり、放電回路は放電スイッチ１０６，ダイ オード１０７，放電コイル１０８および圧電素子１０１の直列回路からなる。 充電回路のダイオード１０３は、充電電流回路に圧電素子を放電する電流が流 れるのを阻止する。ダイオード１０３と放電スイッチ１０２は共に１つの半導体 スイッチとして実現可能である。 放電電流回路のダイオード１０７は、放電電流回路に圧電素子を充電する電流 が流れるのを阻止する。ダイオード１０７と充電スイッチ１０６は、ダイオード １０３および充電スイッチ１０２と同様に共通の１つの半導体スイッチとして実 現することができる。 ノーマリーオープンの充電スイッチ１０２が閉じると、充電電流回路に充電電 流が流れ、これにより圧電素子１０１が充電される。圧電素子１０１に蓄積され た電荷、ないしこれによって圧電素子に調整された電圧、ひいては圧電素子１０ １の外部寸法はこれの充電後には実質的に不変に留まる。 同じようにノーマリーオープンの放電スイッチ１０６が閉じられると、放電電 流回路に放電電流が流れ、これにより圧電素子１０１は放電する。圧電素子１０ １の放電状態、ないしこれにより圧電素子に調整された電圧、およびひいては圧 電素子１０１の外部寸法はこれの放電後には実質的に不変に留まる。 圧電素子のこの種の充電および放電は有利である。なぜなら、充電電流回路お よび放電電流回路にほとんどオーム抵抗が無いため損失電力が少なく、比較的に 僅かな熱しか発生しないからである。 しかし他方では、充電および放電の程度と時間経過が理想的でない場合がしば しばである。とりわけ障害となるのは、充電および放電速度が時間的に変化する ことと、多少は生じる発振過程と、圧電素子の充電および／または放電が部分的 であったり、過度であったりすることである。このために放電時に反対極性の充 電が行われてしまうことがある。 このことは充放電すべき圧電素子に過度の負荷となるだけでなく、その所定の 使用においても非常に不都合である。 本発明の課題は、請求項１の上位概念記載の方法ないし請求項１０の上位概念 記載の装置を改善し、圧電素子の充電と放電がこれに対して優しく、かつ簡単に 個別のまたは交互の特性に適合できるように構成することである。 この課題は本発明により、請求項１（方法）の特徴部分、および請求項１０（ 装置）の特徴部分に記載の構成によって解決される。 本発明では、 −充電電流回路に設けられたスイッチ、ないし放電電流回路に設けられたスイッ チが充電ないし放電の間に次のように繰り返し操作される、すなわち圧電素子が 所定の平均充電電流ないし所定の平均放電電流によって所定の電圧にもたらされ るように操作される（請求項１の特徴部分）。また −制御装置が設けられており、この制御装置は、充電電流回路ないし放電電流回 路に設けられたスイッチを充電ないし放電の間に次のように繰り返し操作する、 すなわち圧電素子が所定の平均充電電流ないし所定の平均放電電流により所定の 電圧にもたらされるように操作する（請求項１０の特徴部分）。 それぞれのスイッチを繰り返し開閉することによっ てクロック制御して充電ないし放電が実行される。このことにより誘導性特性を 有する構成素子の機能および作用が変化する。 これまでこれは圧電素子との共働作用で形成されたＬＣ直列発振回路の誘導性 要素として作用していた。ここでは誘導性要素のインダクタンスと圧電素子のキ ャパシタンスだけが充電および放電の経過と大きさを定める（充電および放電さ れるのは最初の発振回路振動の最初の電流半波によってだけである。なぜなら発 振回路のさらなる発振は充電電流回路および放電電流回路に含まれるダイオード によって阻止されるからである。）。 今、（クロック制御の際に）誘導性特性を有する素子がエネルギバッファとし て使用されるなら、このエネルギバッファは電流供給源（充電時）または圧電素 子（放電時）から供給される電気エネルギー（電磁エネルギーの形態で）を交互 に蓄積し、相応のスイッチ操作後に、蓄積されたエネルギーを電気エネルギーの 形態で圧電素子（充電時）ないし別のエネルギバッファまたは電気負荷（放電時 ）に放出する。ここでエネルギー蓄積とエネルギー放出の時点および持続時間（ およびひいては大きさ）はスイッチ操作によって決められる。 このことにより圧電素子を任意の頻度、任意の大きさおよび任意の時間間隔で 、連続的段階で所望のよう に充電および放電することができる。 その結果、充電および／または放電の大きさおよび時間経過を所望のように制 御することができる。すなわち、誘導性特性を有する構成素子および圧電素子の 技術データにほぼ依存しないで制御することができる。 所与の可能性を十分に利用して、圧電素子が所定の平均充電電流ないし所定の 平均放電電流によって所定の電圧にもたらされるようにスイッチを繰り返し開閉 すれば、圧電素子の充電および放電をこの素子に対して優しく、かつ簡単に個別 の変化する関係に適合して実行できる。 充電および／または放電の大きさおよび時間経過を、誘導性特性を有する素子 および圧電素子の技術データから少なくとも部分的に分離することによって、誘 導性特性を有する素子をただ１つだけ設け、この素子を圧電素子の充電にも放電 にも使用することができる。冒頭に述べた従来の、圧電素子の充電および放電方 法では、充電コイルと放電コイルをまとめることは簡単には可能でなかった。な ぜならこれらコイルは有利には異なるインダクタンスを有するからである。 誘導性特性を有する素子は必要に応じて非常に小型に構成することができる。 エネルギー蓄積能力が小さいこと、ないし飽和状態に急速に達することは、充電 クロックおよび／または放電クロックの数を高めるこ とによって補償される。 このことにより圧電素子の充電および放電のための装置は、その機能が格段に 改善されているにもかかわらず、これまで可能であったよりも格段に小型にする ことができる。 本発明の有利な構成は従属請求項に記載されている。 本発明を以下、実施例に基づき図面を参照して説明する。 図１は、従来の構成に対して簡単化された、圧電素子の充放電装置を示す回路 図、 図２は、図１の装置において第１の充電フェーズ（充電スイッチ３が閉じてい る）中に調整される関係を説明するための図、 図３は、図１の装置において第２の充電フェーズ（充電スイッチ３が再び開放 される）中に調整される関係を説明するための図、 図４は、図１の装置において第１の放電フェーズ（放電スイッチ５が閉じてい る）中に調整される関係を説明するための図、 図５は、図１の装置において第２の放電フェーズ（放電スイッチ５が再び開放 される）中に調整される関係を説明するための図、 図６は、図１の装置を本発明によって制御した際に調整される電圧および電流 の時間経過を示す線図、 図７は、圧電素子において充電中に調整される電圧の時間経過を示す線図、 図８は、圧電素子の従来の充放電装置の回路図。 後の充電および放電について詳細に説明する圧電素子は、例えば内燃機関の燃 料噴射ノズル（例えばいわゆるコモンレールインジョクション）に調整素子とし て使用することができる。しかし圧電素子のこのような使用に限定されるもので はない。圧電素子は基本的に任意の目的の任意の装置に使用することができる。 圧電素子は充電に応答して膨張し、放電に応答して収縮することを前提にする 。しかしもちろん本発明はこれが逆であっても適用することができる。 次に従来の装置に対して簡素化された、圧電素子の充放電装置を図１に基づい て説明する。ここでの簡素化はまず第１に本発明の方法ないし装置を使用するこ とによって可能になる。 説明の例では充電される圧電素子が図１に参照番号１で示されている。 図１からわかるように、圧電素子１の一方の端子は持続的にアース（アースは 電圧源の第１の極と接続されている）に接続されているのに対し、圧電素子の他 方の端子はコイル２（充電コイルおよび放電コイルとして同時に作用する）と、 充電スイッチ３およびダイオード４からなるパラレル回路を介して電圧源の第２ の極と接続され、かつコイル２と、放電スイッチ５お よびダイオード６からなるパラレル回路を介して減圧源の第１の極と接続されて いる。 電圧源は、バッテリー７（例えば自動車バッテリー）、これに後置接続された ＤＣ／ＤＣコンバータ８、およびこれに後置接続されたバッファコンデンサとし て用いるコンデンサ９からなる。この構成によってバッテリー電圧（例えば１２ Ｖ）は実質的に任意の別の直流電圧に変換され、供給電圧として準備される。 圧電素子１の充電および放電はこの実施例ではクロック制御されて行われる。 すなわち、充電スイッチ３と放電スイッチ５とが充電過程ないし放電過程中に繰 り返して開閉される。 ここで調整される関係を次に図２から図５に基づいて説明する。これらの図の うち図２と図３は圧電素子１の充電を示し、図４と図５は圧電素子１の放電を示 す。 充電スイッチ３と放電スイッチ５が開放されている間は、圧電素子１の充電ま たは放電は行われない。この状態では、図１に示した回路は定常状態にある。す なわち、圧電素子１はその充電状態を実質的に変化せず、電流が流れない。 圧電素子１の充電の開始と共に充電スイッチ３は繰り返し開閉される。この場 合、放電スイッチ５は開いたままである。 充電スイッチ３が閉じると、図２に示した関係が調 整される。すなわち、圧電素子１、コンデンサ９およびコイル２からなる直列回 路が閉じた電流回路を形成する。この電流回路では図２に矢印で示した電流ｉ_LE （ｔ）が流れる。この電流は、コイル２にエネルギーが蓄積されるように作用す る。コイル２へのエネルギーの流れは、コンデンサ９と圧電素子１との間の正の 電位差を生じさせる。 充電スイッチ３の閉成直後（例えば数μｓ）にこのスイッチが開放すると、図 ３に示した関係が生じる。すなわち、圧電素子１，ダイオード６およびコイル２ からなる閉じた電流回路が形成され、この電流回路には図３に矢印で示した電流 ｉ_LA（ｔ）が流れる。この電流は、コイル２に蓄積されたエネルギーを完全に圧 電素子１へ流す。圧電素子へのエネルギー供給に相応して、ここに調整される電 圧が高まり、その外部寸法が増大する。コイル２から圧電素子１へのエネルギー 転送が行われた後、図１に示すように再び回路は定常状態に達する。 次に、またはすでに前もって、または後で初めて（充電過程の所望の時間経過 に応じて、充電スイッチ３は新たに閉じられ、再び開放する。ここでは前記の過 程が繰り返される。充電スイッチ３を新たに閉じまた開放することにより、圧電 素子１に蓄積されたエネルギーは増大し（圧電素子にすでに蓄積されたエネルギ ーと新たに供給されるエネルギーとが加算され）、相 応して圧電素子に調整される電圧と、その外部寸法も増大する。 充電スイッチ３の開閉をすでに説明したように繰り返すことにより、圧電素子 に調整される電圧は上昇し、圧電素子は段階的に膨張する（これについては後で 図６の曲線Ａで説明する）。 充電スイッチ３が所定数だけ開閉されると、および／または圧電素子１が所望 の充電状態に達すると、圧電素子の充電は充電スイッチ３を開放したままにする ことによって終了する。 圧電素子１を再び放電すべき場合、これは放電スイッチ５を繰り返し開閉する ことによって行われる。このとき充電スイッチ３は開いたままである。 放電スイッチ５の閉成時には、図４に示す関係が調整される。すなわち、圧電 素子１とコイル２からなる直列回路が閉じた電流回路を形成し、この電流回路に は図に矢印で示した電流ｉ_EE（ｔ）が流れる。この電流により、圧電素子に蓄積 されたエネルギー（その一部）がコイル２に転送される。圧電素子１からコイル ２へのエネルギー転送に相応して、圧電素子に調整される電圧は低下し、その外 部寸法も減少する。 放電スイッチ５の閉成直後（例えば数μｓ）にこれを開放すると、図５に示し た関係が生じる。すなわち、圧電素子１，コンデンサ９，ダイオード４およびコ イル２からなる直列回路によって閉じた電流回路が形 成され、この電流回路には図に矢印で示した電流ｉ_EA（ｔ）が流れる。この電流 により、コイル２に蓄積されたエネルギーは完全にコンデンサ９に戻され蓄積さ れる。コイル２からコンデンサ９へのエネルギー転送が行われた後、回路は図１ の前に述べた定常状態に達する。 次に、またはすでに前から、または後で初めて（放電過程の所望の時間経過に 応じて）、放電スイッチ５は新たに閉成され、そして再び開放される。ここでは 前記の過程が繰り返される。放電スイッチ５を新たに閉じまた開放することによ り、圧電素子１に蓄積されたエネルギーはさらに減少し、相応して圧電素子に調 整される電圧も低下し、その外部寸法も同じように減少する。 放電スイッチ５の前記開閉を何回も繰り返すと、圧電素子に調整される電圧は 低下し、圧電素子は段階的に収縮する。 放電スイッチ５を所定の回数だけ開閉し、および／または圧電素子が所望の充 電状態に達すると、圧電素子の放電は放電スイッチ５を開放したままにすること によって終了する。 充電および放電の大きさと経過は、充電スイッチ３および放電スイッチ５の開 閉頻度と開閉持続時間によって決めることができる。このことは図１に示した装 置に当てはまるだけでなく、圧電素子の充放電が同じ ように行われるすべての構成に対して当てはまる。ここでは前記の構成は実質的 に、１つまたは複数の圧電素子をクロック制御して充電および放電する構成にだ け適合していればよい。 充電スイッチ３および放電スイッチ５の操作は、図１に示さない制御装置によ って行われる。この制御装置は次のように充電スイッチ３と放電スイッチ５の開 閉を実行する。すなわち、充電ないし放電すべき圧電素子が所定の平均（充電な いし放電）電流を維持することによって所定の電圧にもたらされるように開閉を 実行するのである。 このために充電スイッチ３ないし放電スイッチ５が所定の時点で開放および閉 成される。ここでは、それぞれのスイッチが閉成されている時間と、それぞれの スイッチが開放されている時間とは同じであっても、異なっていてもよく、それ ぞれの充電ないし放電過程中に任意に変更することもできる。 充電スイッチ３および放電スイッチ５の開閉の持続時間と頻度は、圧電素子を 充電ないし放電する装置の構造および技術データ、並びに得ようとする充電およ び放電の大きさと経過に依存する。さらに充電ないし放電の最適の大きさおよび 経過は、圧電素子が使用されている装置の瞬時の動作条件にも依存する。 圧電素子がこの実施例のようにアクチュエータとして内燃機関のコモンレール インジェクタの燃料噴射ノ ズルに使用されるなら、充電および放電の所望の大きさおよび経過は例えば次の ことに依存する。 １）１回の噴射過程毎に噴射すべき燃料量、 ２）機関回転数、 ３）レールの圧力、 ４）機関温度； これらのパラメータに、充電ないし放電すべき圧電素子が充電ないし放電される 時間が依存している。すなわち、圧電素子が遅くとも使用できる時間後には所望 のように放電または充電されているためには、どれだけの充電電流ないし放電電 流が流れなければならないかが依存している。 このように設定された充電ないし放電電流を実際に流すことは制御装置によっ て達成される。しかし電流は充電スイッチないし放電スイッチを相応の頻度およ び長さで開閉することによって、閉ループ制御でも開ルール制御でも達成される 。 開ループ制御の場合は、充電スイッチおよび放電スイッチのそれぞれのスイッ チ状態の切替時点および／または持続時間を前もって設定しなければならない。 少なくともこれらを計算する計算規則を求めなければならない。このために、圧 電素子も含めた、圧電素子を充電および放電する装置、すなわち例えば図１の装 置に対して、モデル（代替回路）が形成される。このモデルで興味の対象となる パラメータ、すなわち圧電 素子を充電および放電する電流および圧電素子にその結果調整される電圧に対し て、式（微分式）が作成される。そしてこの式から最終的に、圧電素子を所定の 電流によって所定の電圧にもたらすためには、どの時点で充電スイッチおよび放 電スイッチを開閉しなければならないか、また充電スイッチおよび放電スイッチ をどれだけの長さそれぞれ開閉していなければならないかが計算される。 充電スイッチおよび放電スイッチに対する切替時点は前もって計算し、制御装 置のメモリにファイルしておくことができる。この記憶されたデータは次に、圧 電素子の動作中にメモリから読み出され、切替操作のために使用される。 しかし充電スイッチおよび放電スイッチに対する切替時点は各噴射の前に瞬時 に計算することもできる。 両方の場合とも、すなわち切替時点を前もって計算する場合でも、瞬時に計算 する場合でも、これらを種々の動作状態に対して計算することができる。種々の 動作状態とは、充電および放電の得ようとする大きさおよび経過が依存する前記 のパラメータの関与する動作状態のことである。 圧電素子の充電および放電のための切替時点を前もって計算した場合でも、瞬 時に計算した場合でも、図６に例として示したような結果が得られる。 図６に示されているのは、 −曲線Ａにより、圧電素子に調整される電圧経過が示されている。 −曲線Ｂにより、圧電素子に充電ないし放電される充電電流ないし放電電流の経 過が示されている。 −曲線Ｃにより、充電スイッチの切替状態が示されている。 −曲線Ｄにより、放電スイッチの切替状態が示されている。 図示（曲線Ｃ）のように繰り返し行われた充電スイッチの開閉によって、変化 するが平均としては一定に留まる大きさの充電電流（Ｂ）が生じる。この充電電 流によって圧電素子に平均としては所定の最終値まで上昇する均一の電圧（曲線 Ａ）が調整される。 制御装置により開ループ制御した圧電素子の充電および放電は、制御装置によ る閉ループ制御での充電および放電に対して、充電電流ないし放電電流と圧電素 子に調整された電圧を追従するためのセンサが必要ないという利点があり、ノイ ズ量が制御に影響を及ぼすこともない。 スイッチ操作時点（またはそれを表すパラメータ）をメモリに記憶する“デー タ記憶手段”は、制御装置が訃算コストによって負荷されず、誤計算を記憶の前 に補正できるという点で有利である。 一方、スイッチ操作時点（またはそれを表すパラメータ）をそれぞれ瞬時に計 算する“計算手段”は、制 御装置における必要メモリが少なく、算出されたデータが比較的僅かなコストで それぞれの関係（動作状態）に正確に適合できるという利点を有する。 充電スイッチおよび放電スイッチの操作を閉ループ制御する場合にはまず、圧 電素子に充電および放電されるべき平均（目標）電流と、圧電素子がもたらされ るべき（目標）最終電圧を設定する。この設定の際には、圧電素子が所定の時間 間隔内に所望の電圧に充電されなければならないという条件を考慮する。 圧電素子が実施例のようにアクチュエータとして、内燃機関のコモンレールイ ンジェクタの念留用噴射ノズルに使用されるなら、所定の時間および所望の電圧 は特に次のことに依存して変化する。 １）１回の噴射過程当たりに噴射される燃料量、 ２）機関回転数、 ３）レールの圧力、 ４）機関温度。 制御装置により圧電素子の充電と放電を閉ループ制御して行う場合には、圧電 素子の充放電装置に、すなわち図１の装置に、充電電流ないし放電電流と、圧電 素子に調整される電圧を検出するためのセンサを設けなければならない。 充電電流および放電電流は例えば２ポイント制御器によって、目標電流Ｉsoll を中心にしたバンド内に保持される。ここでこのバンドは、目標電流の上側にあ る最大電流Ｉmaxと下側にある最小電流Ｉminによって定められる（制限される） 。 電流センサによって測定された実際の充電電流ないし放電電流Ｉistは連続的 に最大電流Ｉmaxおよび最小電流Ｉminと比較される。ＩistがＩminより小さいか 、またはＩmaxより大きいと、すなわちＩistがＩsollから大きく離れると、制御 装置は充電スイッチないし放電スイッチの操作を変更する。過度に大きな電流は 、充電スイッチないし放電スイッチの閉成時間を短くすること、および／または 閉成頻度を少なくすることによって低減される。また過度に低い電流は、充電ス イッチないし放電スイッチの閉成時間を長くすること、および／または閉成頻度 を多くすることによって上昇される。このようにして圧電素子は、平均として一 定に留まる大きさの電流によって充電および放電することができる。 同時に連続的に、圧電素子で測定された電圧Ｕistが目標最終電圧Ｕsollと比 較される。充電過程ないし放電過程は、ＵistがＵsollに達すると直ちに終了さ れる。圧電素子はこのことにより平均としてほぼ一定の大きさの電流により所定 の電圧にもたらされる。 ＩistとＩminおよびＩmaxとの比較、およびＵistとＵsollとの比較はアナログ 比較器またはデジタル比較器で実行することができる。比較器の基準電圧、すな わちＩmin，ＩmaxおよびＵsollは可変であり、有利に は動作点に依存して調整される。しかし固定的（不変の）値とすることもできる 。 圧電素子の充電および放電を制御装置により閉ループ制御した際の関係が図６ に示されており、これを参照して説明する。 比較器の入力および／または出力信号の時間経過を見ることにより、ここから 簡単に充電または放電の時間経過および／または進行状況を検出し、監視するこ とができる。充電および／または放電の検出された時間経過および／または進行 状況が既知の所定の経過および・または進行状況から異なると、それぞれ充電ま たは放電すべき圧電素子またはその線路の損傷または老化現象が推定される。実 際の例を以下に図７を参照して説明する。 図７は、圧電素子に充電中に調整される電圧の経過を概略的に示すものである 。電圧は充電の開始（時点ｔ０）から実質的に線形にその目標値Ｕsollに上昇す る。目標値Ｕsollに達すると、図示の例では時点ｔｓで充電過程は終了される。 圧電素子を電圧Ｕsollにもたらすためにこれが充電される時間は、前記のよう に比較器の入力および／または出力信号から検出される。 図示の実施例では、充電すべき圧電素子は順次積層された多数の個別素子であ る。 目標電圧にほぼ時点ｔｓ（ｔｓ−Δｔからｔｓ＋Δ ｔに広がる公差領域Ｔ内で）で到達すると、システムおよびその素子は正常に動 作している。 目標電圧にｔｓ−Δｔより前に到達すると、すなわち正常の場合に比較して充 電時間が短縮されていると、充電多通常の条件の下で、例えば通常の充電電流に よって実行されている限り、充電すべき圧電素子が損傷しているか、または老化 していることが推定される。すなわち充電時間の短縮は、充電すべき圧電素子が 障害を受けていない通常の場合よりも少ないキャパシタンスを有することを意味 し、このことはさらに１つまたは複数の順次積層された圧電個別素子が故障して いるか、またはいずれにしろ初期特性を有していないことを意味する。すなわち 圧電素子は容量性特性を有し、圧電個別素子のキャパシタンスの和から全体キャ パシタンスが得られる。 充電時間の短縮が急激に生じると、このことは個別のまたは複数の圧電個別素 子の損傷を意味する。充電時間の短縮が徐々に生じるなら、これは損傷または老 化が原因であり得る。 目標電圧にｔｓ＋Δｔより後に到達すると、すなわち通常の場合よりも充電時 間が延長されると、充電が通常の動作条件で行われている限り、圧電素子への線 路の損傷が推定される。すなわちこの場合は圧電素子の電流が流れないか、いず れにしろ所望の電流が流れていない。 同じような推定が放電時間の短縮および延長が検知されたときにも行われる。 通常でない充電時間および／または放電時間の短縮または延長を利用すれば、 当該の圧電素子を含むシステムに故障が生じる前に、または悪化する前に警告す ることができる。 前記のようにして圧電素子の状態を、これの充電時間および／または放電時間 だけを監視することによって検査できる。圧電素子に調整された電圧が所定の時 間または時点より前に、または所定の事象後に所定時間が経過して初めて、目標 電圧に到達すれば、疑いなしに圧電素子またはその線路が故障または老化に基づ いてもはや正常に動作していないことが推定され、その原因を位置的に確定する ことができる。 前記の監視は従来のものよりも格段に簡単である。従来技術では、検査装置で 圧電素子の測定を実行することによってのみ検査ができた。本発明では、圧電素 子を通常動作中に組み込み状態で監視ないし検査でき、監視ないし検査を実質的 に、複雑な付加的装置なしでとりわけ電流測定等を行わずに実行できる。 前に説明した制御可能な装置は、とりわけ簡単に構成することができる。なぜ なら、圧電素子の充電および放電のために、技術データに厳しい要求が課せられ ないので、１つの同じコイル（図１の構成ではコイル２）を使用することができ るからである。このことに より構成素子の数、とりわけ元来比較的に大きなコイルを最少に維持することが できる。コイルの代わり相応に変形された回路構成を、例えば別の誘導性特性を 有する構成素子、例えば変成器、トランス等を使用することもできる。 ただ１つの圧電素子１の代わりに前記の形式の個別圧電素子または複数の圧電 素子が多数並列に配置されて、選択スイッチを介して選択できる圧電素子を充電 または放電することもできる。 まとめると、充電スイッチおよび放電スイッチをすでに述べたように操作する ことにより、正確に言えば圧電素子の充電と放電を所定の平均充電電流ないし放 電電流によって所定の電圧まで行うことによって、個別の特性に適合した充電お よび放電を実行することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 圧電素子の充電および放電方法であって、圧電素子を充電する充電電流 ないし圧電素子を放電する放電電流が誘導性特性を有する構成素子（２）を介し て導かれる方法において、 充電電流回路に設けられたスイッチ（３）ないし放電電流回路に設けられたス イッチ（５）を、充電ないし放電の間に次のように繰り返し操作する、すなわち 圧電素子が所定の平均充電電流ないし所定の平均放電電流によって所定の電圧に もたらされるように繰り返し操作する、 ことを特徴とする方法。 ２． 圧電素子（１）を、内燃機関の燃料噴射ノズルにおけるアクチュエータ として使用する、請求項１記載の方法。 ３． 平均充電電流ないし平均放電電流と所定の電圧は可変であり、とりわけ １回の噴射過程毎に噴射される燃料量、機関回転数、レールの圧力、または機関 温度に依存して設定される、請求項２記載の方法。 ４． 操作すべきスイッチ（３，５）を開放または閉成しなければならない時 点は、記憶装置に記憶されており、圧電素子（１）の動作中に記憶装置から読み 出される、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。 ５． 操作すべきスイッチ（３，５）を開放または閉成しなければならない時 点は、圧電素子（１）の動作中に瞬時に計算される、請求項１から３までのいず れか１項記載の方法。 ６． 操作すべきスイッチ（３，５）を開放または閉成しなければならない時 点の読み出し、または当該時点の計算は、充電ないし放電すべき圧電素子（１） を含んでいる装置が当該時点でどのような動作状態にあるかを考慮して行う、請 求項４または５記載の方法。 ７． 充電電流ないし放電電流を連続的に測定し、操作すべきスイッチ（３， ５）を相応に開放および閉成することによって、充電電流ないし放電電流が目標 電流を中心にした所定のバンド内に留まるように追従制御する、請求項１から３ までのいずれか１項記載の方法。 ８． 圧電素子に調整された電圧の測定により、当該電圧が目標電圧に達して いたなら、充電ないし放電を終了する、請求項７記載の方法。 ９． 所定の事象または時点から、充電電流ないし放電電流が、目標電流を中 心にして定められたバンドの上側限界値または下側限界値に達するまでに経過し た時間を測定するか、または圧電素子に調整される電圧が目標電圧に達するまで の時間を測定する、請求項７または８記載の方法。 １０． 圧電素子（１）の充電および放電装置であって、圧電素子を充電する 充電電流ないし圧電素子を放電する放電電流を、誘導性特性を有する構成素子（ ２）を介して導く装置において、 閉ループ制御装置または開ループ制御装置が設けられており、 当該装置によって充電電流回路に設けられたスイッチ（３）ないし放電電流回 路に設けられたスイッチ（５）が充電ないし放電の間に繰り返し操作され、圧電 素子が所定の平均充電電流ないし所定の平均放電電流によって所定の電圧にもた らされる、 ことを特徴とする装置。