JP2002010655A - 圧電素子を充電するための装置および圧電素子を充電する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 近似に基づき、圧電素子における製造の偏差
を補償し、これによって圧電素子を含むインジェクタま
たはポンプエレメントの正しい動作を保証することであ
る。 【解決手段】 圧電素子（１０，２０，３０，４０，５
０または６０）を充電するための装置において、前記圧
電素子（１０，２０，３０，４０，５０または６０）を
駆動するための活動化電圧および活動化電荷値がオンラ
インで制御ユニット（Ｄ）により制御され、該制御ユニ
ット（Ｄ）によって、活動化電圧（Ｕ）と活動化電荷値
とが調整され、これにより、圧電素子（１０，２０，３
０，４０，５０または６０）の層厚または層の数の変化
によって発生した偏差が補償される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は請求項１の上位概念に記載された
装置と、請求項８の上位概念に記載された方法、すなわ
ち圧電素子を充電すると同時に圧電素子における製造の
偏差を補償する装置と方法に関する。

【０００２】より詳細に考察する本発明の圧電素子は、
それ専用ではないが殊にアクチュエータとして使用され
る圧電素子である。圧電素子がこのような目的に使用で
きるのは、圧電素子が、これに加えられるまたはこれに
発生する電圧の関数として収縮または伸張するという特
性を有するからである。

【０００３】圧電アクチュエータを使用する燃料噴射シ
ステムは、第１次近似において圧電アクチュエータが、
加えられる電圧と線形な伸張との間で比例関係を有する
という事実によって特徴付けられる。

【０００４】圧電素子を使用したアクチュエータの実践
的な実現が有利であることが判明したのは、殊にこのア
クチュエータが、高速および／または頻繁な運動、例え
ば内燃機関用の燃料噴射ノズルに使用される運動を行わ
なければならない場合である。燃料噴射ノズルにおける
圧電素子の利便性については例えばＥＰ０３７１４６９
Ｂ１およびＥＰ０３７９１８２Ｂ１を参照されたい。

【０００５】燃料噴射ノズルの例では、圧電素子の伸張
および収縮は弁を制御するために使用され、ここでこの
弁は噴射ニードルの線形のストロークを操作する。ドイ
ツ特許明細書ＤＥ１９７４２０７３Ａ１およびＤＥ１９
７２９８４４Ａ１には、燃料噴射システムにおける噴射
ニードルを制御する、複動式両座弁を有する圧電素子が
開示されている。これらの明細書全文をここに文献とし
て援用する。

【０００６】燃料噴射ノズルでは、これが例えば複動式
両座弁として実現され、これによりて内燃機関のシリン
ダへの燃料噴射に対してニードルの線形なストロークが
制御されると、相応するシリンダに噴射される燃料の量
は、弁が開いている時間の関数であり、また圧電素子を
使用する場合は、この圧電素子に供給される活動化電圧
の関数である。

【０００７】図１は、圧電素子２０１０をアクチュエー
タとして使用する燃料噴射システムを概略的に示す図で
ある。図１を参照すると、圧電素子２０１０は電気的に
エネルギー供給されて伸張し、供給される活動化電圧に
応じて収縮する。圧電素子２０１０はピストン２０１５
に結合されている。伸張した状態では圧電素子２０１０
によって、ピストン２０１５は油圧アダプタ２０２０に
突き出る。この油圧アダプタは油圧媒体、例えば燃料を
含んでいる。圧電素子が伸張する結果、複動式制御弁２
０２５は油圧によって、ハイドリックアダプタ２０２０
から押し出され、弁体２０３５が、第１の閉位置２０４
０を離れる。複動式制御弁２０２５と中空孔部２０５０
との組み合わせは、しばしば複動式両座弁と称される。
それは圧電素子２０１０が励振されていない状態では、
この複動式制御弁２０２５がその第１閉位置２０４０に
静止するからである。その一方、圧電素子２０１０が完
全に伸張していると、複動式両座弁はその第２閉位置２
０３０に静止する。弁体２０３５の後者の位置が概略的
に図１において一点鎖線で示されている。

【０００８】この燃料噴射システムは噴射ニードル２０
７０を含んでおり、この噴射ニードルによって、加圧さ
れた燃料供給線路２０６０からの燃料を（図示しない）
シリンダに噴射することができる。圧電素子２０１０が
励振されていないかまたは完全に伸張しているかによっ
て、複動式制御弁２０２５はそれぞれ第１閉位置２０４
０または第２閉位置２０３０に停止する。どちらの場合
にも、ハイドロリックレールの圧力によって噴射ニード
ル２０７０は閉位置に維持される。したがって燃料混合
気は（図示しない）シリンダに進入しない。逆に圧電素
子２０１０が励振されて、複動式制御弁２０２５が、中
空孔部２０５０に対していわゆる中央位置にあるように
される場合、加圧された供給線路２０６０において圧力
が降下する。この圧力降下の結果、圧力差が、加圧され
た燃料供給線路２０６０において噴射ニードル２０７０
の先端部と底部との間に生じ、これによって噴射ニード
ル２０７０が持ち上げられ、（図示しない）シリンダに
燃料を噴射することができる。

【０００９】どの燃料噴射システムにおいても究極の目
的であるのは、所望の燃料噴射体積を高い精度で達成す
ること、殊に小さな噴射体積において、例えばパイロッ
ト噴射中に達成することである。複動式制御弁の例にお
いて困難であることが判明したのは、すべての噴射エレ
メントおよび噴射システムの全寿命期間に対して、十分
な精度で活動化電圧を決定しかつこれを供給して、例え
ば相応する弁体が最大燃料流に対して正確に位置決めさ
れるようにすることである。

【００１０】以前、考えられていたのは、圧電的な移動
量とその電圧との間の関係は、同じ構造的な設計のすべ
てのアクチュエータに対して決定された特性曲線によ
り、良好な精度と再現性で得られるということである。
しかしながら、圧電素子を繰り返して使用することによ
って老朽化の徴候が示されることが判明した。この徴候
は、圧電素子の最大移動量の変化とその容量とに現れ
る。状況によっては、この老朽化の徴候は、インジェク
タ全体またはポンプエレメントの動作に極めて破壊的な
影響を及ぼすことがある。

【００１１】さらに、層厚または層の数の変化は、電圧
制御または充電制御に対する最大の圧電的な移動量に影
響する。ドイツ特許明細書ＤＥ１９７３３５６０では、
圧電容量の変化を充電または放電時間について、指定し
た電流曲線で測定し、これによってアクチュエータの老
朽化を導出することが提案されている。しかしながらは
じめから存在する製造の公差を、このようにして取り除
くことはできない。

【００１２】したがって本発明の課題は、請求項１の上
位概念に記載された装置と、請求項８の上位概念に記載
された方法を改善して、近似に基づき、圧電素子におけ
る製造の偏差を補償し、これによって圧電素子を含むイ
ンジェクタまたはポンプエレメントの正しい動作を保証
することである。

【００１３】この課題は、本発明により、請求項１の特
徴部分に記載された構成（装置）によって、または請求
項８の特徴部分に記載された構成（方法）によって解決
される。

【００１４】ここでは：− 圧電素子を充電するための
活動化電圧値をオンラインで補償ユニットにより制御
し、ここでこの補償ユニットは活動化電圧と活動化電荷
とを調整して、圧電素子の層厚または層の数における変
化によって生じた偏差を補償するようにし（請求項１の
特徴部分）、− 圧電素子の活動化電圧と活動化電荷と
に対する値について充電の前に決定を行い、ここでこの
決定は、圧電素子の移動量におけるバッチ変動の関数と
して行われる（請求項８の特徴部分）。

【００１５】このようにして本発明により、（マルチレ
イヤ圧電素子の場合）層厚または層の数に起因する、圧
電素子の移動量におけるバッチ変動が補償され、高い精
度を圧電素子の移動量において達成する手段が提供され
る。

【００１６】本発明の１つの利点は、例えば、圧電素子
アクチュエータの作製において回避することのできない
製造の偏差を補償することができ、より正確なアクチュ
エータの動作が保証されることである。本発明の別の利
点は、全体の長さのような２次的な条件が不要なことで
ある。本発明のさらに別の利点は、これが、コンポーネ
ントのキャパシタンスを測定しなくても圧電的な移動量
を補償する択一的な手段を提供することである。

【００１７】本発明の別の利点は従属請求項、以下の説
明、および図面に記載されている。

【００１８】本発明を以下、実施例を参照して図面に基
づきさらに詳しく説明する。図面において：図２は、あ
らかじめ選択した固定の時間期間中の活動化電圧Ｕと、
噴射される燃料体積ｍ_ｅとの関係を表す線図を示してい
る。これは複動式制御弁に基づいて動作する、圧電素子
を使用した例示的な燃料噴射システムに対するものであ
る。ｙ軸は、あらかじめ選択した固定の時間期間中にシ
リンダ室に噴射される体積を表す。ｘ軸は、相応する圧
電素子に加えられる、または蓄積されている活動化電圧
を表しており、これは複動式制御弁の弁体を変位させる
ために使用される。

【００１９】ｘ＝０，ｙ＝０で活動化電圧Ｕはゼロであ
り、あらかじめ選択された固定の期間中の燃料の流れを
防ぐために弁体は第１の閉位置に着座している。ゼロよ
りも大きい活動化電圧Ｕの値に対しては、Ｕ_ｏｐｔで示
したｘ軸の点に達するまで、示した活動化電圧Ｕの値に
より、第１の閉位置を離れて第２の閉位置へ向かう弁体
の変位が発生する。これは結果的にこの固定の期間に活
動化電圧Ｕ_ｏｐｔに接近するのに連れて、より大きな体
積の燃料がｙ軸にｍ_{ｅ，ｍａｘ}で示された体積の値まで
噴射されるように行われる。この固定の期間に噴射され
る燃料に対する最大体積に相応する点ｍ_{ｅ，ｍａｘ}は、
圧電素子に加えられる、または圧電素子を充電するため
の活動化電圧の値を表しており、この値によって弁体の
最適な変位が、第１および第２閉位置（図１にそれぞれ
２０４０，２０３０として示されている）の間で得られ
る。

【００２０】図２の線図が示すように、Ｕ_ｏｐｔよりも
大きな活動化電圧の値に対して、この固定の期間に噴射
される燃料の体積は０に達するまで減少する。このこと
は弁体が最適点から複動式制御弁の第２閉位置に向かっ
て変位し、かつ弁体が第２の弁閉位置に着座するまでこ
の変位が行われることを表している。したがって図２の
線図が示しているのは、活動化電圧によって圧電素子が
弁体を最適の点に変位させる場合に、最大体積の燃料噴
射が行われることである。

【００２１】本発明によって分かることは、任意の所定
の時点における、所定の圧電素子に対するＵ_ｏｐｔの値
は、この圧電素子の製造時点の製造特性と、個々の圧電
素子に作用する老朽化の徴候とによって影響されること
である。つまりこの圧電素子によって発生した、所定の
活動化電圧に対する変位量は、この圧電素子の動作特性
（製造特性および老朽化の影響）の関数として変化する
のである。したがって所定の固定の期間中に燃料の最大
体積ｍ_{ｅ，ｍａｘ}を達成するためには、圧電素子に加え
られる、または圧電素子において発生する活動化電圧
を、この圧電素子の現在の動作特性に関係する値に設定
してＵ_ｏｐｔを達成すべきである。

【００２２】図３は、例示的な制御弁ストロークの概略
プロフィールを表す２つの線図を示しており、これによ
って上記の複動式制御弁の動作を説明する。図３の上側
の線図では、ｘ軸は時間を表しており、ｙ軸は弁体の変
位（バルブリフト）を表している。図３の下側の線図で
はｘ軸は同様に時間を表しており、これに対してｙ軸
は、燃料の流れを供給する噴射ノズルニードルのリフト
を表しており、これは上側の線図のバルブリフトから得
られるものである。上側および下側の線図は相互に揃え
られており、これによってそれぞれのｘ軸で表される時
間が一致する。

【００２３】噴射サイクル中に圧電素子は充電され、詳
細に説明するようにこれによってこの圧電素子は伸張
し、かつ相応する弁体が、図３の上側の線図に示したよ
うに第１閉位置から第２閉位置に予備噴射ストロークの
ために移動する。図３の下側の線図には、弁体がこの複
動式制御弁の２つの座の間で移動するのに伴って発生す
る少量の燃料噴射と、この弁体がこれらの座の間で移動
するのに伴う弁の開閉とが示されている。一般的にはこ
の圧電素子の充電は、つぎの２つのステップで行うこと
ができる：第１のステップではこの圧電素子を所定の電
圧まで充電して弁を開き、第２のステップではこの圧電
素子をさらに充電してこの弁を第２の座で再度閉じる。
これらのステップ間では一般的に所定の時間遅延が発生
することがある。

【００２４】あらかじめ選択した期間の後、以下に詳細
に説明する放電動作がつぎに実行される。この放電動作
によってこの圧電素子内の電荷は減少し、同様に詳細に
説明するようにこの圧電素子は収縮し、これによって弁
体は第２の座から離れ、２つの座の間の中間点で停止す
る。図２に示したように圧電素子内の活動化電圧はＵ
_ｏｐｔに等しい値に達するべきであり、これによってこ
の活動化電圧がバルブリフトの最適点に相応し、したが
って主噴射に割り当てられた期間中に最大の燃料の流れ
ｍ_{ｅ，ｍａｘ}が得られるようにする。図３の上側および
下側の線図には、バルブリフトを中間点に保持すること
が示されており、この結果、主噴射が行われる。

【００２５】主噴射に対する期間の終わりにこの圧電素
子は活動化電圧０まで放電され、この結果、圧電素子は
さらに収縮し、これによって弁体は最適位置から離れ、
図３の上側および下側の線図に示したように第１の座に
向かって移動し、弁は閉じ、燃料の流れは停止する。こ
の時点で弁体は再度、例えば上に説明したように別の予
備噴射と主噴射のサイクルを繰り返す位置にある。当然
のことながら図３の線図は本発明の１実施形態を表して
いるだけであり、別の任意の噴射サイクルを実行できる
ことは通常の知識を有する当業者には明らかであろう。

【００２６】図４は、本発明を実現することのできる装
置の例示的な実施例のブロック回路図を示している。

【００２７】図４には詳細に示した領域Ａと、詳細に示
していない領域Ｂとがあり、それらの区別は破線ｃによ
って示されている。詳細な領域Ａは、圧電素子１０，２
０，３０，４０，５０および６０を充電および放電する
回路を含んでいる。考察しているこの実施例ではこれら
の圧電素子１０，２０，３０，４０，５０および６０
は、内燃機関の燃料噴射ノズル（殊にいわゆるコモンレ
ールインジェクタ）におけるアクチュエータである。圧
電素子がこのような目的に使用できるのは、公知のよう
に、また上記のようにこれらの圧電素子が、これらに加
えられる電圧またはこれらにおいて発生する電圧の関数
として収縮または伸張する特性を有するからである。６
つの圧電素子１０，２０，３０，４０，５０および６０
を、ここで説明する実施例において使用する理由は、燃
焼機関内の６つのシリンダを独立して制御するためであ
る。したがって任意の別の目的には別の任意の数の圧電
素子が適合し得る。

【００２８】詳細に示していない領域Ｂは、制御ユニッ
トＤと、活動化集積回路Ｅとを含んでおり、この２つに
よって詳細領域Ａ内の素子も、システム特性を測定する
測定装置Ｆも共に制御される。ここでシステム特性とは
例えば、燃料圧力および内燃機関の回転速度（ｒｐｍ）
であり、これらは制御ユニットＤに入力され、以下詳細
に説明するように本発明にしたがってこの制御ユニット
Ｄによって使用される。本発明では制御ユニットＤおよ
び活動化集積回路Ｅは、圧電素子に対する活動化電圧を
各圧電素子の動作特性の関数として制御するようにプロ
グラムされている。

【００２９】以下ではまず詳細領域Ａの個別素子を説明
し、つぎに圧電素子１０，２０，３０，４０，５０およ
び６０の充電および放電のプロシージャを一般的に説明
する。最後にこれら２つのプロシージャが、制御ユニッ
トＤおよび活動化集積回路Ｅによって本発明にしたがっ
てどのように制御されるかを詳しく説明する。

【００３０】詳細領域Ａ内の回路は、６つの圧電素子１
０，２０，３０，４０，５０および６０を含んでいる。

【００３１】圧電素子１０，２０，３０，４０，５０お
よび６０は、第１グループＧ１と第２グループＧ２とに
分類され、各々は３つの圧電素子を含む（すなわち圧電
素子１０，２０および３０は第１グループＧ１に、圧電
素子４０，５０および６０は第２グループＧ２にそれぞ
れ所属する）。グループＧ１およびＧ２は、相互に並列
接続された回路部分の構成要素である。グループ選択ス
イッチ３１０，３２０を使用して、圧電素子１０，２０
および３０ないしは４０，５０および６０からなるいず
れのグループＧ１，Ｇ２が、共通の充電および放電装置
によってそれぞれ放電されるのかを決定することができ
る（しかしながらこのグループ選択スイッチ３１０，３
２０は、以下に詳しく説明するように充電のプロシージ
ャには意味がない）。

【００３２】グループ選択スイッチ３１０，３２０は、
コイル２４０と、それぞれのグループＧ１およびＧ２
（それらのコイル側の端子）との間に配置されており、
かつトランジスタとして実現されている。ここでは側方
の駆動器３１１，３２１が実装されており、これらは活
動化集積回路Ｅから受け取った制御信号を、必要に応じ
てスイッチを開閉するのに有利な電圧に変換する。

【００３３】ダイオード３１５および３２５（グループ
選択ダイオードと称する）は、それぞれ、グループ選択
スイッチ３１０，３２０に並列に設けられている。グル
ープ選択スイッチ３１０，３２０がＭＯＳＦＥＴまたは
ＩＧＢＴとして実現されている場合、これらのグループ
選択ダイオード３１５および３２５を寄生ダイオードに
よってそれ自体で構成することが可能である。ダイオー
ド３１５，３２５は充電プロシージャ中、グループ選択
スイッチ３１０，３２０をバイパスする。したがってグ
ループ選択スイッチ３１０，３２０の機能は、圧電素子
１０，２０および３０ないしは４０，５０および６０か
らなるグループＧ１，Ｇ２をそれぞれ、放電プロシージ
ャに対してだけ選択するのに限定される。

【００３４】各グループＧ１ないしはＧ２内で圧電素子
１０，２０および３０、ないしは４０，５０および６０
はそれぞれ、圧電分岐路１１０，１２０および１３０
（グループＧ１）ならびに圧電分岐路１４０，１５０お
よび１６０（グループＧ２）の構成要素として配置され
ており、ここでこれらの圧電分岐路は並列接続されてい
る。各圧電分岐路は、第１並列回路と第２並列回路とか
らなる直列回路を含んでおり、ここで第１並列回路は、
圧電素子１０，２０，３０，４０，５０ないしは６０
と、抵抗１３，２３，３３，４３，５３ないしは６３
（分岐路抵抗と称する）とを含み、第２並列回路は、ト
ランジスタ１１，２１，３１，４１，５１ないしは６１
として実現された選択スイッチ（分岐路選択スイッチと
称する）と、ダイオード１２，２２，３２，４２，５２
ないしは６２（分岐路ダイオードと称する）とからな
る。

【００３５】分岐路抵抗１３，２３，３３，４３，５３
ないしは６３はそれぞれ、対応する各圧電素子１０，２
０，３０，４０，５０ないしは６０を、充電プロシージ
ャの間および充電プロシージャの後、連続的にそれ自体
で放電させる。それはこれらの抵抗は、容量性の各圧電
素子１０，２０，３０，４０，５０ないしは６０の両方
の端子を相互に接続するからである。しかしながら分岐
路抵抗１３，２３，３３，４３，５３ないしは６３はそ
れぞれ十分に大きく、このプロシージャは、以下に説明
する制御された充電および放電に比して緩慢になる。し
たがって任意の圧電素子１０，２０，３０，４０，５０
または６０の電荷が、充電プロシージャ後の関連する時
間内で変化していないと考えることは引き続き理にかな
った仮定である（それにもかかわらず分岐路抵抗１３，
２３，３３，４３，５３および６３を設けるのは、この
システムの故障または別の例外的な状況の場合に圧電素
子１０，２０，３０，４０，５０および６０に残余する
電荷を回避するためである）。したがって分岐路抵抗１
３，２３，３３，４３，５３および６３を以下の説明で
は無視することができる。

【００３６】個々の圧電分岐路１１０，１２０，１３
０，１４０，１５０ないしは１６０のそれぞれの分岐路
選択スイッチ／分岐路ダイオード対、すなわち圧電分岐
路１１０の選択スイッチ１１およびダイオード１２、圧
電分岐路１２０の選択スイッチ２１およびダイオード２
２などは、寄生ダイオードを有する電子スイッチ（すな
わちトランジスタ）、例えば（上記のようにグループ選
択スイッチ／ダイオード対３１０および３１５、ないし
は３２０および３２５に対して）ＭＯＳＦＥＴまたはＩ
ＧＢＴを使用して実現可能である。

【００３７】分岐路選択スイッチ１１，２１，３１，４
１，５１ないしは６１は、圧電素子１０，２０，３０，
４０，５０または６０のうちのいずれがそれぞれ、共通
の充電および放電装置によって充電されるかを決定する
ために使用することができる。すなわちいずれの場合に
おいても充電される圧電素子１０，２０，３０，４０，
５０または６０はすべて、その分岐路選択スイッチ１
１，２１，３１，４１，５１または６１が、以下に説明
する充電プロシージャ中に閉じられている圧電素子であ
る。ふつう任意の時間において分岐路選択スイッチのう
ちの１つだけが閉じられる。

【００３８】分岐路ダイオード１２，２２，３２，４
２，５２および６２は、分岐路選択スイッチ１１，２
１，３１，４１，５１ないしは６１を放電プロシージャ
中にバイパスするために使用される。したがって考察し
ている充電プロシージャに対する例では任意の圧電素子
を個別に選択することができ、これに対して放電プロシ
ージャに対しては圧電素子１０，２０および３０ないし
は４０，５０および６０からなる第１グループＧ１また
は第２グループＧ２のいずれか、または両方を選択しな
ければならない。

【００３９】圧電素子１０，２０，３０，４０，５０お
よび６０それ自体に戻ると、分岐路選択圧電端子１５，
２５，３５，４５，５５ないしは６５は、分岐路選択ス
イッチ１１，２１，３１，４１，５１ないしは６１を介
して、または対応するダイオード１２，２２，３２，４
２，５２ないしは６２を介して、またどちらの場合も付
加的に抵抗３００を介して接地される。

【００４０】抵抗３００の目的は、圧電素子１０，２
０，３０，４０，５０および６０を充電および放電中
に、分岐路選択圧電端子１５，２５，３５，４５，５５
ないしは６５とグランドとの間をそれぞれ流れる電流を
測定することである。これらの電流が分かれば、圧電素
子１０，２０，３０，４０，５０および６０の制御され
た充電および放電が可能である。殊に充電スイッチ２２
０および放電スイッチ２３０を、これらの電流の大きさ
に依存して開閉することによって、以下に詳しく説明す
るように、充電電流および放電電流を所定の平均値に設
定し、および／または所定の最大値および／または最小
値を上回らないかまたは下回らないように維持すること
ができる。

【００４１】考察している実施例では、測定器それ自体
にもさらに、例えば５Ｖの直流を供給する電圧源６２１
と、２つの抵抗６２２および６２３として実現される分
圧器とが必要である。これは活動化集積回路Ｅ（これに
よって測定が実行される）を負の電圧から防ぐためであ
る。ここでこの負の電圧は、上記の電圧源と分圧器がな
ければ測定点６２０に発生しかつ活動化集積回路Ｅでは
処理することができない。すなわちこのような負の電圧
は、電圧源６２１と分圧器６２２および６２３とによっ
て供給される正の電圧設定を付加することによって正の
電圧に変更されるのである。

【００４２】各圧電素子１０，２０，３０，４０，５０
および６０の他方の端子、すなわちグループ選択圧電端
子１４，２４，３４，４４，５４ないしは６４は電圧源
の正の極に接続することができ、また択一的または付加
的にグランドに接続することができる。ここでこの電圧
源の正の極との接続は、グループ選択スイッチ３１０な
いしは３２０を介して、またはグループ選択ダイオード
３１５ないしは３１５を介して、ならびにコイル２４
０、および充電スイッチ２２０と充電ダイオード２２１
とからなる並列回路を介して行われ、またグランドとの
接続は、グループ選択スイッチ３１０ないしは３２０を
介して、またはダイオード３１５ないしは３２５を介し
て、ならびコイル２４０、および放電スイッチ２３０ま
たは放電ダイオード２３１からなる並列回路を介して行
われる。充電スイッチ２２０および放電スイッチ２３０
は、例えば側方の駆動器２２２ないしは２３２を介して
制御されるトランジスタとして実現される。

【００４３】電圧源は容量性の特性を有する素子を含ん
でおり、この素子は、考察している実施例では（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（例えば自動車バッテリ）およびその下流
の直流電圧コンバータ２０１によって充電される。直流
電圧コンバータ２０１はバッテリ電圧（例えば１２Ｖ）
を実質的に任意の別の直流電圧（例えば２５０Ｖ）に変
換し、キャパシタ２１０をその電圧に充電する。直流電
圧コンバータ２０１は、トランジスタスイッチ２０２と
抵抗２０３とによって制御され、ここでこの抵抗２０３
は、測定点６３０から取り出される電流の測定に使用さ
れる。

【００４４】相互チェックのためにさらなる電流測定を
測定点６５０において、活動化集積回路Ｅと、抵抗６５
１，６５２および６５３と、例えば５Ｖ直流電圧源６５
４とによって行うことができる。さらに測定点６４０に
おける電圧測定を、活動化集積回路Ｅと、分圧抵抗６４
１および６４２とによって行うことができる。

【００４５】最後に抵抗３３０（全放電抵抗と称する）
と、トランジスタ３３１として実現されたストップスイ
ッチ（ストップスイッチと称する）と、ダイオード３３
２（全放電ダイオードと称する）とが、圧電素子１０，
２０，３０，４０，５０および６０を放電するために使
用される（万一これらが以下に説明する「通常の」放電
動作によって放電されない場合）。ストップスイッチ３
３１は有利には「通常の」放電プロシージャ（放電スイ
ッチ２３０を介してサイクリックに放電される）の後、
閉じられる。ここでこのスイッチは圧電素子１０，２
０，３０，４０，５０および６０を、抵抗３３０と３０
０とを介して接地し、これによって圧電素子１０，２
０，３０，４０，５０および６０に残っているかもしれ
ないすべての残余電荷が除去される。全放電ダイオード
３３２は、負の電圧が圧電素子１０，２０，３０，４
０，５０および６０で発生することを防ぐ。これらの圧
電素子は状況によってはこの負の電圧によって破損され
てしまうおそれがある。

【００４６】すべての圧電素子１０，２０，３０，４
０，５０および６０またはこれらのうちに任意の１つの
圧電素子の充電および放電は、単一の充放電装置（全グ
ループとその圧電素子に共通である）によって行われ
る。考察している実施例ではこの共通の充放電装置は、
バッテリ２００と、直流電圧コンバータ２０１と、キャ
パシタ２１０と、充電スイッチ２２０と、放電スイッチ
２３０と、充電ダイオード２２１と、放電ダイオード２
３１と、コイル２４０とを含んでいる。

【００４７】各圧電素子の充放電は同じように行われ
る。これを以下に説明するが第１圧電素子１０だけにつ
いて述べる。

【００４８】充電および放電プロシージャの間に発生す
る状態を、図５Ａ〜図５Ｄを参照して説明する。このう
ち図５Ａおよび図５Ｂは圧電素子１０の充電を、または
図５Ｃおよび図５Ｄは圧電素子１０の放電を示してい
る。

【００４９】充電または放電すべき１つまたは複数の圧
電素子１０，２０，３０，４０，５０または６０の選択
と、以下に説明する充電プロシージャと、放電プロシー
ジャとは、活動化集積回路Ｅおよび制御ユニットＤによ
って駆動される。ここでこれは上記の１つまたは複数の
スイッチ１１，２１，３１，４１，５１，６１；３１
０，３２０；２２０，２３０および３３１を開閉するこ
とにより行われる。詳細領域Ａ内の素子と、活動化集積
回路Ｅおよび制御ユニットＤとの間の相互作用を以下に
詳しく説明する。

【００５０】充電プロシージャについては、まず充電す
べき任意の圧電素子１０，２０，３０，４０，５０また
は６０を選択しなければならない。第１圧電素子１０を
排他的に充電するためには第１分岐１１０の分岐選択ス
イッチ１１が閉じられ、これに対して別の分岐選択スイ
ッチ２１，３１，４１，５１および６１は開いたままで
ある。任意の別の圧電素子２０，３０，４０，５０，６
０を排他的に充電するため、またはこれらのうちのいく
つかを同時に充電するためには、相応する分岐選択スイ
ッチ２１，３１，４１，５１および／または６１を閉じ
ることによってこれらの圧電素子を選択する。

【００５１】つぎに充電プロシージャを以下のように行
う。

【００５２】考察している実施例では一般的に、充電プ
ロシージャには正の電位差が、キャパシタ２１０と、第
１圧電素子１０のグループ選択圧電端子１４との間に必
要である。しかしながら充電スイッチ２２０および放電
スイッチ２３０が開いているかぎり、圧電素子１０の充
電も放電も発生しない。この状態では図４に示した回路
は定常状態にあり、すなわち圧電素子１０はその荷電状
態を実質的に変化がないように維持し、電流は流れな
い。

【００５３】第１圧電素子１０を充電するためには充電
スイッチ２２０が閉じられる。理論的には第１圧電素子
１０をこれだけで充電することができる。しかしながら
これによって大電流が発生してしまい、この大電流によ
って関連する素子が破壊されてしまうおそれがある。こ
のため、発生する電流は測定点６２０において測定さ
れ、検出した電流が所定の限界を上回ると直ちにスイッ
チ２２０が再度開かれる。これにより任意の所望の電荷
を第１圧電素子１０に得るために、充電スイッチ２２０
は繰り返して開閉される。これに対して放電スイッチ２
３０は開いたままである。

【００５４】さらに詳しくいうと、充電スイッチ２２０
が閉じられている場合、図５Ａに示した状態が発生す
る。すなわち圧電素子１０、キャパシタ２１０およびコ
イル２４０からなる直列回路を含む閉回路が形成され、
この閉回路に電流ｉ_ＬＥ(ｔ)が、図５Ａで矢印によって
示したように流れる。このように電流が流れる結果とし
て両方の正の電荷が、第１圧電素子１０のグループ選択
圧電端子１４に供給され、エネルギーがコイル２４０に
蓄積される。

【００５５】充電スイッチ２２０が閉じられた後、これ
が短時間（例えば数μｓ）、開かれる場合、図５Ｂに示
した状態が発生する。すなわち圧電素子１０と、充電ダ
イオード２２１と、コイル２４０とからなる直列回路を
含む閉回路が形成され、この閉回路に電流ｉ_ＬＡ(ｔ)が
図５Ｂで矢印によって示したように流れる。このように
電流が流れる結果として、コイル２４０に蓄積されたエ
ネルギーが圧電素子１０に流れ込む。圧電素子１０に供
給されるエネルギーに応じて、電圧が後者において発生
し、その外形寸法が増大する。エネルギーの伝送がコイ
ル２４０から圧電素子１０に行われると、図４に示しか
つすでに述べたように回路の定常状態が再び得られる。

【００５６】上記の時点、またはより早い時点、または
より遅い時点（充電動作の所望の時間プロフィールに依
存する）に、充電スイッチ２２０が再度閉じられ、再度
開かれて上記のプロセスが繰り返される。充電スイッチ
２２０を再閉成および再開成する結果、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
蓄積されているエネルギーと、新たに供給されるエネル
ギーとが互いに加算される）、圧電素子１０に発生する
電圧と、その外形寸法がこれに応じて増大する。

【００５７】充電スイッチ２２０の上記の開閉が何度か
繰り返されると、圧電素子１０に発生する電圧が段階的
に増大し、圧電素子１０の段階的に伸張する。

【００５８】充電スイッチ２２０が所定の回数だけ開閉
されると、および／または圧電素子１０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２２０
を開いたままにすることによって終了される。

【００５９】放電プロシージャについては、考慮してい
る例において圧電素子１０，２０，３０，４０，５０ま
たは６０をグループ（Ｇ１および／またはＧ２）単位で
以下のように放電する：まず放電すべき圧電素子の所属
する１つまたは複数のグループＧ１および／またはＧ２
のグループ選択スイッチ３１０および／または３２０が
閉じられる（分岐選択スイッチ１１，２１，３１，４
１，５１，６１は、放電プロシージャに対して圧電素子
１０，２０，３０，４０，５０，６０の選択に影響しな
い。それはこの場合に分岐選択スイッチは分岐ダイオー
ド１２，２２，３２，４２，５２および６２によってバ
イパスされるからである）。したがって圧電素子１０を
第グループＧ１の一部として放電するために第１グルー
プ選択スイッチ３１０が閉じられる。

【００６０】放電スイッチ２３０が閉じられると、図５
Ｃに示した状態が発生する。すなわち圧電素子１０およ
びコイル２４０からなる直列回路を含む閉回路が形成さ
れ、この閉回路に電流ｉ_ＥＥ(ｔ)が、図５ｃで矢印によ
り示したように流れる。このように電流が流れる結果、
圧電素子に蓄積されたエネルギー（その一部）がコイル
２４０に伝送される。圧電素子１０からコイル２４０へ
のエネルギー伝送に応じて、圧電素子１０に発生する電
圧と、その外形寸法とが減少する。

【００６１】放電スイッチ２３０が閉じられた後、これ
が短時間（例えば数μｓ）開かれると、図５ｄに示した
状態が発生する。すなわち圧電素子１０、キャパシタ２
１０、放電ダイオード２３１およびコイル２４０からな
る直列回路を含む閉回路が形成され、この閉回路に電流
ｉ_ＥＡ(ｔ)が図５ｄで矢印によって示したように流れ
る。このように電流が流れる結果、コイル２４０に蓄積
されたエネルギーはキャパシタ２１０に再度供給され
る。エネルギーの伝送がコイル２４０からキャパシタ２
１０に行われると、図４に示しかつすでに説明したよう
にこの回路の定常状態が再び得られる。

【００６２】上記の時点、またはより早い時点、または
より遅い時点（充電動作の所望の時間プロフィールに依
存する）に放電スイッチ２３０が再度閉じられ、再度開
かれて上記のプロセスが繰り返される。放電スイッチ２
３０を再閉成および再開成する結果、圧電素子１０に蓄
積されるエネルギーがさらに減少し、同様に圧電素子１
０に発生する電圧と、その外形寸法とがこれに応じて減
少する。

【００６３】放電スイッチ２３０の上記の開閉が何度か
繰り返されると、圧電素子１０に発生する電圧が段階的
に減少し、圧電素子１０が段階的に収縮する。

【００６４】放電スイッチ２３０が所定の回数だけ開閉
されると、および／またはこの圧電素子が所望の放電状
態に達すると、圧電素子の放電は、放電スイッチ２３０
を開いたままにすることによって終了される。

【００６５】活動化集積回路Ｅおよび制御ユニットＤ
と、活動化集積回路Ｅと詳細領域Ａ内の素子との間の相
互作用は、活動化集積回路Ｅから詳細領域Ａ内の素子へ
送信される制御信号によって実行され、これは分岐選択
制御線路４１０，４２０，４３０，４４０，４５０，４
６０，グループ選択制御線路５１０，５２０，ストップ
スイッチ制御線路５３０、充電スイッチ制御線路５４
０，放電スイッチ制御線路５５０，および制御線路５６
０を介して行われる。その一方、詳細領域Ａの測定点６
００，６１０，６２０，６３０，６４０，６５０で得た
センサ信号があり、これらは活動化集積回路Ｅにセンサ
線路７００，７１０，７２０，７３０，７４０，７５０
を介して伝送される。

【００６６】これらの制御線路は、トランジスタのベー
スに電圧を加えるためないしは加えないために使用さ
れ、これによって圧電素子１０，２０，３０，４０，５
０または６０が選択されて、単一またはいくつかの圧電
素子１０，２０，３０，４０，５０，６０の充電または
放電プロシージャが実行される。ここでこれは相応する
スイッチを上記のように開閉することによって行われ
る。これらのセンサ信号は殊に、圧電素子１０，２０お
よび３０、ないしは４０，５０および６０の結果的に得
られる電圧を測定点６００ないしは６１０からそれぞれ
決定するため、ならびに充電および放電電流を測定点６
２０から決定するために使用される。制御ユニットＤお
よび活動化集積回路Ｅは、これらの２つの種類の信号を
結合するために使用され、これにより、以下で図４およ
び６を参照して詳しく説明するように両者の相互作用が
行われる。

【００６７】図４に示したように、制御ユニットＤと活
動化集積回路Ｅとはパラレルバス８４０により、また付
加的にシリアルバス８５０により相互に接続されてい
る。パラレルバス８４０は殊に制御信号を制御ユニット
Ｄから活動化集積回路Ｅに高速に伝送するために使用さ
れ、これに対してシリアルバス８５０は比較的遅いデー
タ伝送に使用される。

【００６８】図６にはいくつかのコンポーネントが示さ
れており、これらは活動化集積回路Ｅを構成している。
これらは論理回路８００，ＲＡＭメモリ８１０，デジタ
ルアナログ変換器システム８２０、および比較器システ
ム８３０である。さらに示されているのは、高速のパラ
レルバス８４０（制御信号のために使用される）が活動
化集積回路Ｅの論理回路８００に接続されており、これ
に対して比較的遅いシリアルバス８５０がＲＡＭメモリ
８１０に接続されていることである。論理回路８００
は、ＲＡＭメモリ８１０と、比較器システム８３０と、
信号線路４１０，４２０，４３０，４４０，４５０およ
び４６０；５１０および５２０；５３０；５４０，５５
０および５６０とに接続されている。ＲＡＭメモリ８１
０は、論理回路８００にも、デジタルアナログ変換器シ
ステム８２０にも接続されている。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８３０に接
続されている。比較器システム８３０は、さらにセンサ
線路７００および７１０；７２０；７３０，７４０およ
び７５０に、また（すでに述べたように）論理回路８０
０に接続されている。

【００６９】上に挙げたコンポーネントは充電プロシー
ジャにおいて例えば以下のように使用することができ
る：制御ユニットＤによって圧電素子１０，２０，３
０，４０，５０または６０が決定され、これが所定の目
標電圧にまで充電される。このためにまず目標電圧の値
が（デジタルの数によって表される）がＲＡＭメモリ８
１０に比較的遅いシリアルバス８５０を介して伝送され
る。この目標電圧は、図２に関連して上で示した例えば
主噴射に使用されるＵ_ｏｐｔに対する値とすることがで
きる。この後または同時に、選択すべき圧電素子１０，
２０，３０，４０，５０または６０に相応する符号と、
ＲＡＭメモリ８１０内の所望電圧のアドレスとが、論理
回路８００にパラレルバス８４０を介して伝送される。
この後、ストローブ信号が論理回路８００にパラレルバ
ス８４０を介して送信され、これによって充電プロシー
ジャに対するスタート信号が得られる。

【００７０】このスタート信号によってまず論理回路８
００は、目標電圧のデジタル値をＲＡＭメモリ８１０か
ら取り出し、それをデジタルアナログ変換器システム８
２０に供給する。ここで変換器８２０の１アナログ出力
側に所望の電圧が発生する。さらに（図示しない）この
アナログ出力側は比較器システム８３０に接続されてい
る。これに加えて論理回路８００は、（第１グループＧ
１の圧電素子１０，２０または３０のうちの任意の圧電
素子に対する）測定点６００か、または（第２グループ
Ｇ２の圧電素子４０，５０または６０のうちの任意の圧
電素子に対する）測定点６１０のいずれか一方を比較器
システム８３０に対して選択する。この結果、選択した
圧電素子１０，２０，３０，４０，５０または６０にお
ける目標電圧と、目下の電圧とが比較しシステム８３０
によって比較される。この比較の結果、すなわち目標電
圧と目下の電圧との差分は、論理回路８００に伝送され
る。ここで目標電圧と目下の電圧とが相互に等しくなる
と、直ちに論理回路８００によってこのプロシージャを
停止することができる。

【００７１】つぎに論理回路８００は、制御信号を、選
択される任意の圧電素子１０，２０，３０，４０，５０
または６０に対応する分岐選択スイッチ１１，２１，３
１，４１，５１または６１に供給する。これによってこ
のスイッチが閉じる（ここで説明する実施例では、すべ
ての分岐選択スイッチ１１，２１，３１，４１，５１お
よび６１は、充電プロシージャがオンにセットされる
前、開いている状態にあるとする）。つぎに論理回路８
００は制御信号を充電スイッチ２２０に供給し、これに
よってこのスイッチが閉じる。さらに論理回路８００は
測定点６２０に発生する任意の電流の測定を開始（また
は継続）する。ここでこの測定電流と、所定の任意の最
大値とが比較器システム８３０によって比較される。検
出した電流が所定の最大値に達すると直ちに論理回路８
００は充電スイッチ２２０を再度開く。

【００７２】再度、測定点６２０に残る電流が検出され
て所定の任意の最小値と比較される。この所定の最小値
に達すると直ちに、論理回路８００は充電スイッチ２２
０を再度閉じ、プロシージャが再スタートされる。

【００７３】充電スイッチ２２０の開閉は、測定点６０
０または６１０で検出される電圧が目標電圧を下回って
いる限り繰り返される。この目標電圧に達すると直ちに
論理回路はこのプロシージャの継続を停止する。

【００７４】放電プロシージャも相応に行われる。すな
わち圧電素子１０，２０，３０，４０，５０または６０
の選択が、グループ選択スイッチ３１０ないしは３２０
によって行われ、放電スイッチ２３０が充電スイッチ２
２０に代わって開閉され、所定の最小目標電圧が達成さ
れる。

【００７５】充電および放電動作のタイミングおよび圧
電素子１０，２０，３０，４０，５０または６０におけ
る電圧レベルのホールド、例えば主噴射の時間は、例え
ば図３に示したように弁のストロークに従わせることが
できる。

【００７６】充電または放電プロシージャの実行の仕方
についての上の説明は、単なる例であると理解された
い。したがって上記の回路または別の回路を利用する別
の任意のプロシージャが所望の任意の目的に適合するこ
とができ、相応する任意のプロシージャを上に説明した
例の代わりに使用することができる。

【００７７】図７は、燃焼機関２５０５を制御するため
の構成を示している。この構成には、基本電圧計算ユニ
ット２５００が含まれており、これは図７の詳細領域Ａ
に含まれる回路の圧電素子１０，２０，３０，４０，５
０および６０に加えられる基本電圧を計算する。この詳
細領域Ａは図４にも示されている。基本電圧計算ユニッ
ト２５００は、基本電圧を燃料噴射システムの加圧され
た燃料供給線路における圧力ｐ_ｒａｉｌに依存して計算
する。有利な実施形態ではこの基本電圧は、第１補正ブ
ロック２５０１を介し、温度補正値Ｋ_Ｔを使用して補正
される。第１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
には第２ないしは後続の補正ブロック２５０２によっ
て、老朽化補正値Ｋ_Ａを使用して補正される。第１およ
び第２補正ブロック２５０１および２５０２は有利には
乗算器であり、すなわち基本値は温度補正値Ｋ_Ｔによっ
て乗算され、その出力が第２ないしは後続の補正ブロッ
ク２５０２に入力され、老朽化補正値Ｋ_Ａによって乗算
される。第２ないしは後続の補正ブロック２５０２の出
力は有利にはさらに第３ないしは後続の補正ブロック２
５０３を介し、オンライン補正値Ｋ_Ｏを使用して補正さ
れる。第３ないしは後続の補正ブロック２５０３は有利
には加算器として実現され、すなわちオンライン補正値
Ｋ_Ｏは有利には第２ないしは後続の補正ブロック２５０
２の出力に加算される。第３ないしは後続の補正ブロッ
ク２５０３の出力は有利には電圧および電圧勾配制御器
２５０４を介して供給される。

【００７８】基本電圧計算ユニット２５００と、補正ブ
ロック２５０１，２０５２および２５０３と、電圧およ
び電圧勾配制御器２５０４とは、図４のＤにユニットと
して実現されたソフトウェアモジュールである。

【００７９】さらに電圧および電圧勾配制御器２５０４
は、活動化集積回路Ｅにシリアルバス８５０を介して接
続されている。この活動化集積回路Ｅおよび詳細領域Ａ
は、センサ線路７００，７１０，７２０，７３０，７４
０，７５０と、信号線路４１０，４２０，４３０，４４
０，４５０，４６０および５１０，５２０，５３０，５
４０，５５０，５６０とによって相互に接続されてい
る。燃焼機関２５０５への燃料噴射は、図４に示した詳
細領域Ａの回路内の圧電素子１０，２０，３０，４０，
５０および６０を介して制御される。燃焼機関２５０５
の回転速度は、測定されて燃料補正ユニット２５０６に
供給される。燃料補正ユニット２５０６は、回転速度の
周波数を評価する周波数アナライザを含む。燃料補正ユ
ニット２５０６は、燃料補正値Δｍ_Ｅをこの周波数アナ
ライズに基づき、この燃焼機関２５０５の個別のシリン
ダに対して計算する。

【００８０】図６に示した構成はまた、所望の燃料体積
ｍ_Ｅを計算する燃料体積計算ユニット２５０７を含んで
いる。この所望の燃料体積と、燃料体積補正値Δｍ_Ｅと
は加算器２５０８を介して加算される。所望の燃料体積
ｍ_Ｅと燃料体積補正値Δｍ_Ｅとの和は、燃料計量ユニッ
ト２５０９に供給される。この燃料計量ユニットは、圧
電素子１０，２０，３０，４０，５０および６０に電圧
を供給する時間と、燃料を燃焼機関２５０５に噴射する
時間（長さおよび時点）とを計算する。燃料補正ユニッ
ト２５０６，加算器２５０８，燃料体積計算ユニット２
５０７および燃料計量ユニットは、制御ユニットＤに実
現されている。いつ電圧を圧電素子１０，２０，３０，
４０，５０および６０に供給し、これによって燃料を燃
焼機関２５０５に噴射すべきかをシグナリングする時間
信号は、活動化集積回路Ｅにパラレルバス８４０を介し
て伝送される。

【００８１】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、オンライン補正値Ｋ_Ｏを、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に基づいて個別のシリンダに対して計算する。

【００８２】要約すると、図２において、最適な活動化
電圧は固定の時間における最大体積流に相応するものと
して示されている。換言すると、弁が正確に２つの座の
中間位置（すなわち図１の第１閉位置２０４０と第２閉
位置２０３０の間）に位置付けられている場合、噴射エ
レメント全体の挙動が最適化されている。実際、圧電素
子の性能が、例えば老朽化または製造び偏差のような要
因に起因して変化する場合、上記の電圧を使用してこの
弁を最適位置に位置付けることはできない。したがって
アクチュエータの挙動における変化、殊にその寿命に対
処するためにこの電圧を調整しなければならない。

【００８３】さらにＵ_ｏｐｔ値は、マルチレイヤの圧電
素子においては層厚または層の数の変化（バッチ変動 b
atch variation）に起因して変化することがある。バッ
チ変化の不利な影響は殊に予備噴射段階のような少量の
噴射において顕著である。したがって本発明の１実施形
態では、補償ユニット（例えば図７の２５０２）を設け
ることができ、これによって圧電素子の移動量における
バッチ変動が補償され、燃料／空気混合気が正確に調量
されるようにする。本発明の別の実施形態では、制御ユ
ニットはこの機能を前提にすることができる。

【００８４】移動量における上記の偏差の補償において
つぎの数式（１）のようになる： ｈ_{ａｃｔｕａｌ}＝ｎ_{ａｃｔｕａｌ}・ｄ_３３・Ｕ_ｎｏｒｍ （１） 数式（１）において、ｎ_{ａｃｔｕａｌ}は、マルチレイヤ
圧電素子の層の数であり、ｄ_３３は圧電係数であり、Ｕ
_ｎｏｒｍは任意の補正を行う前に加えられる電圧であ
り、ｈ_{ａｃｔｕａｌ}は、圧電素子が移動したリフト距離
であり、かつ圧電素子を製造プロセスの一部として製造
した後、直接測定することができる。リフト（ｈ
_{ａｃｔｕａｌ}）に対して全範囲のデータを電圧の関数と
して得ることもできるが、不要となる得る測定値を繰り
返してとらなばならないことになる。したがってこの測
定に対して最大電圧Ｕ_ｍａｘに対するリフトだけを測定
することができる。すなわちこの測定に対してだけＵ
_ｎｏｒｍがＵ_ｍａｘに等しくなる。別のすべての応用に
対してＵ_ｎｏｒｍは、補正値をなんら考慮しない所定の
リフトに対する目標電圧として、理想的な圧電素子に加
えられる電圧と考えられる。

【００８５】数式（１）によって電圧に対する電圧補正
ファクタＫがつぎのように得られる： Ｋ＝ｈ_ｎｏｒｍ／ｈ_{ａｃｔｕａｌ} （２） 数式（２）ではｈ_ｎｏｒｍは、圧電素子の所定の電圧に
おける標準的な移動量を表す。この値は所定の電圧にお
ける圧電素子の予想される移動量を表す。

【００８６】したがって、電圧Ｕに対してつぎが成り立
ち、これは層の数の変動または圧電係数ｄ_３３における
差分を補正する： Ｕ＝ｆ_１(Ｋ)・Ｕ_ｎｏｒｍ （ ３） 同様に、層厚の変動に対する補償において、補正された
電荷値（Ｑ）がつぎのように決定される： ｈ_{ａｃｔｕａｌ}＝ｄ_{ａｃｔｕａｌ}・(１／Ａ)・(ｄ_３３／ε_３３・ε_０)・Ｑ _ｎｏｒｍ （４） 数式（４）は、測定される移動量のスタート値に対して
成り立ち、ここでｄ_{ａ ｃｔｕａｌ}は既存の平均層厚であ
り、Ｑ_ｎｏｒｍは、製造に起因する障害または別の任意
の異常のない理想的な圧電素子に所定の動作に対して発
生する電荷であり、Ａはマルチレイヤアクチュエータの
有効領域であり、ε_３３は誘電係数である。ε_０は理想
的な圧電素子の誘電係数である。

【００８７】したがってｈ_{ａｃｔｕａｌ}はまたＱの１次
関数でもある。

【００８８】数式（４）によって電荷補正ファクタＫ_Ｑ
＝Ｋが数式（２）と同様に得られる： Ｋ＝ｈ_ｎｏｒｍ／ｈ_{ａｃｔｕａｌ} （５） 最後につぎの式が層厚における変動を補償する電荷Ｑに
対して成り立つ： Ｑ＝ｆ_２(Ｋ)・Ｑ_ｎｏｒｍ （ ６） したがって本発明の１実施形態において、アクチュエー
タが所定の電圧で充電されるか、または所定の電荷で充
電されるかに関わらず同じ補正ファクタを使用すること
ができる。

【００８９】有利には測定される補正ファクタは、個別
のアクチュエータに対して測定されて制御ユニットに記
憶される。例えばこれは制御ユニットのＥＥＰＲＯＭ内
で実現可能である。ここで実施したように、対応する補
正ファクタをテストのためにＥＥＰＲＯＭから読み出す
ことも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】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。

【図２】活動化電圧と噴射される燃料体積との間の関係
を固定の期間において複動式制御弁の例に対して示す線
図である。

【図３】例示的な制御弁ストロークの概略プロフィール
と、相応するノズルニードルリフトとを複動式制御弁の
例に対して示す図である。

【図４】本発明を実現することのできる装置の例示的な
実施形態のブロック回路図である。

【図５ａ】図４の回路において第１充電フェーズ（充電
スイッチ２２０は閉じられている）中に発生する状況を
説明する図である。

【図５ｂ】図４の回路において第２充電フェーズ（充電
スイッチ２２０は再度開かれている）中に発生する状況
を説明する図である。

【図５ｃ】図４の回路において第３充電フェーズ（放電
スイッチ２３０は閉じられている）中に発生する状況を
説明する図である。

【図５ｄ】図４の回路において第４充電フェーズ（放電
スイッチ２３０は再度開かれている）中に発生する状況
を説明する図である。

【図６】同様に図４に示されている活動化集積回路Ｅの
コンポーネントを示す図である。

【図７】燃焼機関を制御するための１構成を概略的に示
す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴォルフガング シュテックライン ドイツ連邦共和国 シユツツトガルト ル ートヴィッヒシュトラーセ 34ベー (72)発明者 ベルトラム ズック ドイツ連邦共和国 ゲルリンゲン フリー ドリッヒ−シャッフェルト−シュトラーセ ８

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子（１０，２０，３０，４０，５
   ０または６０）を充電するための装置において、 前記圧電素子（１０，２０，３０，４０，５０または６
   ０）を駆動するための活動化電圧および活動化電荷値が
   オンラインで制御ユニット（Ｄ）により制御され、 該制御ユニット（Ｄ）によって、活動化電圧（Ｕ）と活
   動化電荷値とが調整され、これにより、圧電素子（１
   ０，２０，３０，４０，５０または６０）の層厚または
   層の数の変化によって発生した偏差が補償されることを
   特徴とする圧電素子（１０，２０，３０，４０，５０ま
   たは６０）を充電するための装置。
2. 【請求項２】 前記圧電素子（１０，２０，３０，４
   ０，５０または６０）は燃料噴射システムにおけるアク
   チュエータである請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 前記制御ユニットによって、前記の活動
   化電圧値と活動化電荷値とがそれぞれ、圧電素子（１
   ０，２０，３０，４０，５０または６０）の通常電圧、
   通常電荷および補正ファクタの関数として決定される請
   求項１または２に記載の装置。
4. 【請求項４】 前記補正ファクタは、圧電素子（１０，
   ２０，３０，４０，５０または６０）の通常移動距離
   と、圧電素子（１０，２０，３０，４０，５０または６
   ０）のそれぞれの実際移動距離との関数である請求項３
   に記載の装置。
5. 【請求項５】 前記制御ユニットにより補正ファクタが
   決定され、 該補正ファクタは、圧電素子（１０，２０，３０，４
   ０，５０または６０）の通常移動距離が、圧電素子（１
   ０，２０，３０，４０，５０または６０）のそれぞれの
   実際移動距離で除算されることによって得られる請求項
   ４に記載の装置。
6. 【請求項６】 前記制御ユニット（Ｄ）によって補正フ
   ァクタが温度の関数として決定される請求項３から５ま
   でのいずれか１項に記載の装置。
7. 【請求項７】 前記の通常移動距離およびそれぞれの実
   際移動距離は、実質的に同じ温度で測定される請求項５
   に記載の装置。
8. 【請求項８】 圧電素子（１０，２０，３０，４０，５
   ０または６０）を充電する方法において、 圧電素子（１０，２０，３０，４０，５０または６０）
   の活動化電圧（Ｕ）に対する値と、活動化電荷に対する
   値とについて充電の前に決定を行い、ここで当該決定
   は、圧電素子（１０，２０，３０，４０，５０または６
   ０）の移動量におけるバッチ変動の関数として行われる
   こと特徴とする圧電素子（１０，２０，３０，４０，５
   ０または６０）を充電する方法。
9. 【請求項９】 前記圧電素子（１０，２０，３０，４
   ０，５０または６０）は燃料噴射システムにおけるアク
   チュエータである請求項８の記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記の活動化電圧および活動化電荷値
    はそれぞれ、圧電素子（１０，２０，３０，４０，５０
    または６０）の通常電圧、圧電素子（１０，２０，３
    ０，４０，５０または６０）の通常電荷および補正ファ
    クタの関数である請求項８または９に記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記補正ファクタは、圧電素子（１
    ０，２０，３０，４０，５０または６０）の通常移動距
    離および圧電素子（１０，２０，３０，４０，５０また
    は６０）のそれぞれの実際移動距離の関数である請求項
    １０に記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記制御ユニット（Ｄ）によって補正
    ファクタを決定し、該補正ファクタは、圧電素子（１
    ０，２０，３０，４０，５０または６０）の通常移動距
    離を、圧電素子（１０，２０，３０，４０，５０または
    ６０）のそれぞれの実際移動距離によって除算すること
    によって得られる請求項１１に記載の方法。
13. 【請求項１３】 前記制御ユニットは、前記補正ファク
    タを温度の関数として決定する請求項１０から１２まで
    のいずれか１項に記載の方法。
14. 【請求項１４】 前記の通常移動距離およびそれぞれの
    実際移動距離を実質的に同じ温度で測定する請求項１３
    に記載の方法。
15. 【請求項１５】 前記補正ファクタを製造プロセスの一
    部として測定する請求項３から１４までのいずれか１項
    に記載の方法。
16. 【請求項１６】 前記補正ファクタを各シリンダに対し
    て前記制御ユニット（Ｄ）のＥＥＰＲＯＭ内に記憶する
    請求項３から１５までのいずれか１項に記載の方法。
17. 【請求項１７】 前記補正ファクタをテストのために前
    記ＥＥＰＲＯＭから読み出す請求項１６に記載の方法。