JP2002185056A - Abnormality detection device of piezo actuator - Google Patents

Abnormality detection device of piezo actuator

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JP2002185056A
JP2002185056A JP2000383108A JP2000383108A JP2002185056A JP 2002185056 A JP2002185056 A JP 2002185056A JP 2000383108 A JP2000383108 A JP 2000383108A JP 2000383108 A JP2000383108 A JP 2000383108A JP 2002185056 A JP2002185056 A JP 2002185056A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve the abnormality detection device of a piezo actuator that can accurately detect abnormal state, such as partial and entire burnout in the piezo actuator, and to improve reliability and working efficiency in abnormality judgment. SOLUTION: A detection point 6 is provided in the middle of a conduction path 11 to piezo stacks P1 and P2 of the piezo actuator which are electrically connected in parallel and being used under the same environment conditions, and a battery 51 is connected via a switch SW. A battery voltage is applied to the piezo stack P1 via the detection point 6, voltage at the detection point 6 when charge accumulated in the piezo stack P1 is recharged to the piezo stacks P1 and P2 is detected by a voltage monitor circuit 7, and the abnormal state such as the partial and entire burnout in the piezo actuator is detected based on the detected result.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のピエゾ
インジェクタ等に適用されるピエゾアクチュエータの異
常を検出する異常検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an abnormality detecting device for detecting an abnormality of a piezo actuator applied to a piezo injector of an internal combustion engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】電圧の印加により伸縮する圧電体を利用
したピエゾアクチュエータは、高応答で制御性に優れる
ことから、従来より、車両用駆動装置、例えば、ピエゾ
駆動式のインジェクタ等への利用が検討されている。一
方、近年、新たな車両規制に対応するために車両搭載機
器の故障診断技術を確立する必要が生じており、高電圧
が発生するピエゾアクチュエータにおいても、異常時に
は速やかに駆動を停止する等の対策が要求されている。
2. Description of the Related Art A piezo actuator using a piezoelectric material which expands and contracts by applying a voltage has high response and excellent controllability. Therefore, it has been conventionally used for a vehicle drive device, for example, a piezo drive type injector. Is being considered. On the other hand, in recent years, it has become necessary to establish a failure diagnosis technology for on-vehicle equipment in order to respond to new vehicle regulations. Is required.

【0003】ピエゾアクチュエータの高電圧に対する安
全対策に関して、例えば、特開平1−202177号公
報には、ピエゾアクチュエータの駆動装置に異常検出回
路を設けることが記載されている。この異常検出回路
は、ピエゾアクチュエータの充放電時に駆動電流経路に
流れる充電電流または放電電流を検出し、これら充電電
流または放電電流が所定レベルに達していない時に、異
常と判断するもので、異常検出時には、高電圧発生動作
を禁止したり、異常表示を行うようにして、装置の信頼
性を高めている。
With respect to safety measures against high voltage of a piezo actuator, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-2202177 describes that an abnormality detecting circuit is provided in a driving device of a piezo actuator. This abnormality detection circuit detects a charging current or a discharging current flowing in the driving current path during charging / discharging of the piezo actuator, and determines that an abnormality has occurred when the charging current or the discharging current has not reached a predetermined level. Occasionally, the reliability of the device is enhanced by prohibiting the operation of generating a high voltage or displaying an error.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ここで、ピエゾアクチ
ュエータは、複数の圧電体を電極を介して積層してな
り、電気的には容量性素子が多数並列接続された構造と
なっているため、積層体内部で断線し総容量が変化する
故障モード(一部断線)がある。従って、これをピエゾ
アクチュエータの全断線やワイヤ断線と区別して検出で
きれば、異常の特定に要する手間が大幅に削減すること
が可能になる。
Here, the piezo actuator has a structure in which a plurality of piezoelectric bodies are laminated via electrodes, and a large number of capacitive elements are electrically connected in parallel. There is a failure mode (partial disconnection) in which the total capacity changes due to disconnection inside the laminate. Therefore, if this can be detected separately from the total disconnection of the piezo actuator or the disconnection of the wire, the trouble required for specifying the abnormality can be greatly reduced.

【0005】例えば、上記従来の検出方法を応用した場
合、一部断線状態を判定できる程度に小さい電流しきい
値を設定し、この設定値と比較して、一部断線状態を判
定することが考えられる。しかしながら、ピエゾアクチ
ュエータは、断線していなくても、温度・圧力といった
使用環境の変化により、その総容量が変化する特性を持
っていることから、一部断線による容量変化と環境要因
による容量変化との区別をつけることが難しく、誤判定
の可能性があるという問題があった。
For example, when the above-described conventional detection method is applied, it is possible to set a current threshold value that is small enough to determine a partial disconnection state, and compare this set value to determine the partial disconnection state. Conceivable. However, even if the piezo actuator is not disconnected, the total capacity of the piezo actuator changes due to changes in the operating environment such as temperature and pressure. There is a problem that it is difficult to distinguish between them, and there is a possibility of erroneous determination.

【0006】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、ピエゾアクチュエータ内部での一部断
線、全断線といった異常の状態を精度よく検出可能なピ
エゾアクチュエータの異常検出装置を実現し、異常判定
の信頼性および作業性を向上することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a piezo actuator abnormality detecting device capable of accurately detecting an abnormal state such as partial or complete disconnection inside the piezo actuator. Another object of the present invention is to improve the reliability and workability of abnormality determination.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、圧電
体を多数積層した構造を有し、駆動手段により充電また
は放電されることによって伸縮するピエゾアクチュエー
タの異常を検出する装置であって、電気的に並列接続さ
れ同一環境条件で使用される複数のピエゾアクチュエー
タを設けるとともに、上記駆動手段から上記複数のピエ
ゾアクチュエータへの通電経路の途中に設けた検出点に
接続し、該検出点を介して上記複数のピエゾアクチュエ
ータの一方に検出用の定電圧を印加する検出電圧印加手
段と、上記検出電圧印加手段から上記検出点を介して上
記一方のピエゾアクチュエータへ上記検出用の定電圧を
印加した後、上記一方のピエゾアクチュエータに蓄積さ
れた電荷を、上記一方のピエゾアクチュエータおよび他
方のピエゾアクチュエータに再充電した時の上記検出点
の電圧を検出する電圧モニタ手段とを設ける。そして、
上記電圧モニタ手段の検出結果に基づいて、上記ピエゾ
アクチュエータの異常の状態を検出するものである。
According to the present invention, there is provided an apparatus for detecting an abnormality of a piezo actuator which has a structure in which a plurality of piezoelectric bodies are stacked and which expands and contracts by being charged or discharged by a driving means. A plurality of piezo actuators electrically connected in parallel and used under the same environmental conditions are provided, and connected to a detection point provided in the middle of an energization path from the driving means to the plurality of piezo actuators, and the detection point is connected. Detecting voltage applying means for applying a constant voltage for detection to one of the plurality of piezo actuators via the detecting point, and applying the detecting constant voltage to the one piezo actuator via the detecting point from the detecting voltage applying means After that, the electric charge accumulated in the one piezo actuator is transferred to the one piezo actuator and the other piezo activator. Providing a voltage monitor means for detecting a voltage of the detection point when the recharge eta. And
An abnormal state of the piezo actuator is detected based on a detection result of the voltage monitoring means.

【0008】上記検出電圧印加手段から上記一方のピエ
ゾアクチュエータに充電された所定量の電荷を、並列接
続されている上記複数のピエゾアクチュエータに再充電
すると、それぞれの容量に応じて電荷が再分配される。
再充電後の上記複数のピエゾアクチュエータの両端間電
圧は、上記複数のピエゾアクチュエータの総容量に応じ
て決定され、上記ピエゾアクチュエータに一部断線また
は全断線があると総容量が変化するので、再充電後のピ
エゾアクチュエータ電圧を上記検出点の電圧として検出
することによって、上記ピエゾアクチュエータの一部断
線または全断線といった異常を区別して検出することが
できる。また、上記複数のピエゾアクチュエータは同一
環境条件に設置されるので、温度や圧力といった環境条
件の影響を受けずに、異常判定を作業性よくかつ高い精
度で行うことができる。
When a predetermined amount of charge charged in the one piezo actuator from the detection voltage applying means is recharged to the plurality of piezo actuators connected in parallel, the charge is redistributed in accordance with the respective capacitances. You.
The voltage between both ends of the plurality of piezo actuators after recharging is determined according to the total capacity of the plurality of piezo actuators, and if there is a partial or complete disconnection in the piezo actuator, the total capacity changes. By detecting the voltage of the piezo actuator after charging as the voltage at the detection point, abnormalities such as partial disconnection or complete disconnection of the piezo actuator can be distinguished and detected. Further, since the plurality of piezo actuators are installed under the same environmental conditions, abnormality determination can be performed with good workability and high accuracy without being affected by environmental conditions such as temperature and pressure.

【0009】請求項2のように、具体的には、上記複数
のピエゾアクチュエータを同一構造とし、そのうちの上
記一方のピエゾアクチュエータを参照用ピエゾアクチュ
エータとして、他方のピエゾアクチュエータの異常を検
出することができる。そして、上記検出用の定電圧を+
Bとした時に、上記電圧モニタ手段で検出される電圧
が、+B/2であれば断線なしと判定し、+B/2より
大きく+Bより小さければ上記他方のピエゾアクチュエ
ータの一部断線と判定し、+Bであれば上記他方のピエ
ゾアクチュエータの全断線またはワイヤリング断線と判
定する。
Specifically, the plurality of piezo actuators may have the same structure, and one of the piezo actuators may be used as a reference piezo actuator, and an abnormality of the other piezo actuator may be detected. it can. Then, the constant voltage for detection is +
In the case of B, if the voltage detected by the voltage monitoring means is + B / 2, it is determined that there is no disconnection, and if it is greater than + B / 2 and less than + B, it is determined that the other piezo actuator is partially disconnected, If + B, it is determined that the other piezo actuator is completely disconnected or the wiring is disconnected.

【0010】上記参照用ピエゾアクチュエータが上記他
方のピエゾアクチュエータと同一の積層構造である時、
上記他方のピエゾアクチュエータが正常であれば、上記
電圧モニタ手段によって検出される電圧は、上記定電圧
の1/2になる。上記他方のピエゾアクチュエータが一
部断線していれば、実際の容量が減少するため、検出さ
れる電圧は上記定電圧の1/2より大きくなる。また、
上記他方のピエゾアクチュエータが全断線していれば、
検出される電圧は上記定電圧のまま変化しない。よっ
て、これらの値と検出された電圧と比較することによっ
て、異常の有無が精度よく判定できる。
When the reference piezo actuator has the same laminated structure as the other piezo actuator,
If the other piezo actuator is normal, the voltage detected by the voltage monitoring means is 1 / of the constant voltage. If the other piezo actuator is partially disconnected, the actual capacitance is reduced, and the detected voltage is greater than 1 / of the constant voltage. Also,
If the other piezo actuator is completely disconnected,
The detected voltage does not change with the constant voltage. Therefore, by comparing these values with the detected voltage, the presence / absence of abnormality can be accurately determined.

【0011】あるいは、請求項3のように、上記複数の
ピエゾアクチュエータの両方に異常がある場合を考慮す
ることもできる。上記複数のピエゾアクチュエータを同
一構造とし、上記検出用の定電圧を+Bとした時、上記
電圧モニタ手段で検出される電圧が、+Bであれば少な
くとも他方のピエゾアクチュエータの全断線またはワイ
ヤリング断線と判定し、+B/2より大きく+Bより小
さければ少なくとも上記他方のピエゾアクチュエータが
一部断線と判定し、+B/2であれば断線なしまたは上
記一方のピエゾアクチュエータおよび上記他方のピエゾ
アクチュエータが一部断線で断線量同じと判定し、0よ
り大きく+B/2より小さければ少なくとも上記一方の
ピエゾアクチュエータが一部断線と判定し、0であれば
少なくとも上記一方のピエゾアクチュエータが全断線ま
たはワイヤリング断線と判定する。
Alternatively, it is possible to consider a case where there is an abnormality in both of the plurality of piezo actuators. When the plurality of piezo actuators have the same structure and the constant voltage for detection is + B, if the voltage detected by the voltage monitoring means is + B, it is determined that at least the other piezo actuator is completely disconnected or the wiring is disconnected. If it is larger than + B / 2 and smaller than + B, at least the other piezo actuator is determined to be partially disconnected, and if + B / 2, there is no disconnection or the one piezo actuator and the other piezo actuator are partially disconnected. If the disconnection amount is determined to be the same, and if it is larger than 0 and smaller than + B / 2, at least one of the piezo actuators is determined to be partially disconnected, and if it is 0, at least one of the piezo actuators is determined to be completely disconnected or wiring disconnected.

【0012】上記一方のピエゾアクチュエータに異常、
例えば一部断線がある場合には、上記検出用の定電圧が
充電されないために、上記電圧モニタ手段によって検出
される電圧は、上記定電圧の1/2より小さくなる。全
断線またはワイヤリング断線の場合には、検出される電
圧は0となる。また、上記一方のピエゾアクチュエータ
と上記他方のピエゾアクチュエータの一部断線量が同じ
場合には、上記定電圧の1/2の電圧値が検出される。
検出される電圧が、上記定電圧の1/2より大きけれ
ば、少なくとも上記他方のピエゾアクチュエータに上述
した異常があることになる。このようにすれば、同等の
2つのピエゾアクチュエータの異常判定を同時に行うこ
とができる。
An abnormality in one of the piezo actuators,
For example, when there is a partial disconnection, the constant voltage for detection is not charged, so that the voltage detected by the voltage monitoring means is smaller than 1/2 of the constant voltage. In the case of complete disconnection or wiring disconnection, the detected voltage is zero. In addition, when the one piezoelectric actuator and the other piezoelectric actuator have the same partial cutoff, a voltage value of 1 / of the constant voltage is detected.
If the detected voltage is larger than の of the constant voltage, it means that at least the other piezo actuator has the above-described abnormality. With this configuration, it is possible to simultaneously determine the abnormality of two equivalent piezo actuators.

【0013】好適には、請求項4のように、上記複数の
ピエゾアクチュエータが、内燃機関に設けた複数のピエ
ゾインジェクタにそれぞれ内蔵されるものとする。内燃
機関に設置されるピエゾインジェクタは等しい環境条件
にあるので、上記異常判定が好適に利用できる。また、
気筒数に相当する多数のピエゾアクチュエータを有する
ピエゾインジェクタに本発明を適用することで、内燃機
関の不調調査等の作業性が大きく向上する。
Preferably, the plurality of piezo actuators are respectively incorporated in a plurality of piezo injectors provided in an internal combustion engine. Since the piezo injectors installed in the internal combustion engine are under the same environmental conditions, the above-described abnormality determination can be suitably used. Also,
By applying the present invention to a piezo injector having a large number of piezo actuators corresponding to the number of cylinders, workability such as malfunction investigation of an internal combustion engine is greatly improved.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明をエンジンのコモン
レール噴射装置に設けられるピエゾインジェクタの異常
検出に適用した第1の実施の形態について説明する。図
1は、ピエゾインジェクタに内蔵されるピエゾアクチュ
エータの駆動制御系の全体構成図で、後述するようにピ
エゾアクチュエータの異常検出装置を備えている。図
中、P1、P2は、ピエゾアクチュエータの主要部を構
成するピエゾスタックを表し、各ピエゾインジェクタが
共通のコモンレール(蓄圧配管)に接続されることか
ら、ピエゾスタックP1とピエゾスタックP2は、温度
・圧力等の条件が等しい同一環境条件にある。なお、ピ
エゾインジェクタはエンジンの気筒数と同じ数設けられ
るが、ここでは、簡便のため、そのうちの2つ(ピエゾ
スタックP1、P2)のみを示している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is applied to abnormality detection of a piezo injector provided in a common rail injection device of an engine will be described. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a drive control system of a piezo actuator incorporated in a piezo injector, and includes a piezo actuator abnormality detection device as described later. In the drawing, P1 and P2 represent piezo stacks that constitute the main part of the piezo actuator, and since each piezo injector is connected to a common common rail (accumulation pipe), the piezo stacks P1 and P2 They are in the same environmental conditions with equal conditions such as pressure. Although the same number of piezo injectors as the number of cylinders of the engine are provided, only two of them (piezo stacks P1 and P2) are shown here for simplicity.

【0015】図1において、駆動手段であるピエゾアク
チュエータの駆動制御部(ECU)1は、ピエゾスタッ
クP1、P2に印加する高電圧を発生する高電圧発生回
路2と、高電圧発生回路2で発生する高電圧をピエゾス
タックP1、P2に印加するための充電用スイッチング
素子およびピエゾスタックP1、P2に蓄積された電荷
を放電させるための放電用スイッチング素子を備えるス
イッチング回路3と、このスイッチング回路3の充電用
または放電用スイッチング素子のON−OFFを制御す
る制御回路4を備えている。ピエゾスタックP1、P2
には、それぞれ選択用スイッチング素子T1、T2が直
列接続されており、これら選択用スイッチング素子T
1、T2をON−OFF制御することによって駆動対象
となるピエゾスタックP1、P2が選択される。
In FIG. 1, a drive control unit (ECU) 1 of a piezo actuator as a driving means includes a high voltage generating circuit 2 for generating a high voltage applied to the piezo stacks P1 and P2, and a high voltage generating circuit 2 for generating a high voltage. A switching circuit for charging for applying a high voltage to the piezo stacks P1 and P2 and a switching circuit for discharging for discharging electric charges accumulated in the piezo stacks P1 and P2; A control circuit 4 for controlling ON / OFF of the switching element for charging or discharging is provided. Piezo stack P1, P2
Are connected in series with selection switching elements T1 and T2, respectively.
1, the piezo stacks P1 and P2 to be driven are selected by ON-OFF control of T2.

【0016】ピエゾスタックP1、P2は、円形または
矩形の板状に成形したPZT等の圧電体を多数積層して
一体化したもので、圧電体間には交互に+電極と−電極
が形成される。図2は、ピエゾスタックP1、P2の等
価回路図で、容量性素子である多数の圧電体(C1〜C
n)が電気的に並列に接続された構成を有しており、電
荷の注入(充電)により伸長し、電荷の除去(放電)に
より収縮して、ピエゾインジェクタを開閉駆動する。制
御回路4から充電信号または放電信号が出力されると、
スイッチング回路3の充電用または放電用スイッチング
素子がONし、選択用スイッチング素子T1、T2で選
択されたピエゾスタックP1、P2に充電または放電が
なされる。
Each of the piezo stacks P1 and P2 is formed by laminating and integrating a large number of piezoelectric bodies such as PZT formed into a circular or rectangular plate shape, and a positive electrode and a negative electrode are alternately formed between the piezoelectric bodies. You. FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the piezo stacks P1 and P2, and shows a large number of piezoelectric elements (C1 to C
n) has a configuration electrically connected in parallel, and expands by injecting (charging) electric charges and contracts by removing (discharging) electric charges to drive the piezo injectors to open and close. When a charge signal or a discharge signal is output from the control circuit 4,
The switching element for charging or discharging of the switching circuit 3 is turned on, and the piezo stacks P1, P2 selected by the switching elements for selection T1, T2 are charged or discharged.

【0017】スイッチングには、例えば、段階的にスイ
ッチングして充放電を行う複数スイッチング方式が用い
られる。この方式において、制御回路4は、噴射信号
(例えば0−5V矩形波信号)の立ち上がりエッジを検
出した時に充電を開始し、スイッチング回路3の充電用
スイッチング素子をONして、高電圧発生回路2で昇圧
した高電圧を駆動対象のピエゾスタックP1、P2に充
電する。その後、充電電流が所定値(例えば20A)に
到達したら、充電用スイッチング素子をOFFし、一定
のOFF期間(例えば10μs)後、再びONにするこ
とを繰り返す。そして、所定の充電電圧(例えば100
V)に到達したら、充電用スイッチング素子をOFF固
定して充電完了とする。
For the switching, for example, a multiple switching system in which charging and discharging are performed by switching stepwise is used. In this method, the control circuit 4 starts charging when detecting the rising edge of the injection signal (for example, a 0-5 V rectangular wave signal), turns on the charging switching element of the switching circuit 3, and turns on the high voltage generation circuit 2 Is charged to the piezo stacks P1 and P2 to be driven. Thereafter, when the charging current reaches a predetermined value (for example, 20 A), the charging switching element is turned off, and after a certain OFF period (for example, 10 μs), turning on again is repeated. Then, a predetermined charging voltage (for example, 100
When V) is reached, the charging switching element is fixed to OFF, and charging is completed.

【0018】次いで、制御信号の立ち下がりエッジが検
出されると放電を開始する。まず、スイッチング回路3
の放電用スイッチング素子をONして、ピエゾスタック
P1、P2に充電されていた電荷を放出する。放電電流
が所定値(例えば20A)に到達したら放電用スイッチ
ング素子をOFFし、一定のOFF期間(例えば10μ
s)後に再び放電用スイッチング素子をONにすること
を繰り返す。充電電圧がゼロに達したら、放電用スイッ
チング素子をOFF固定し、放電完了とする。
Next, when the falling edge of the control signal is detected, the discharge is started. First, the switching circuit 3
Of the piezo stacks P1 and P2 is discharged. When the discharge current reaches a predetermined value (for example, 20 A), the discharge switching element is turned off, and a certain OFF period (for example, 10 μm) is set.
s) After that, turning on the discharge switching element again is repeated. When the charging voltage reaches zero, the discharging switching element is fixed to OFF, and the discharging is completed.

【0019】本発明では、ピエゾスタックP1、P2の
異常検出を行うために、駆動制御部1内に、ピエゾスタ
ックP1、P2の一方に検出用の所定の定電圧(+B)
を印加する検出電圧印加手段5を設けている。検出電圧
印加手段5は、スイッチング回路3からピエゾスタック
P1、P2への通電経路11の途中に設けた検出点6
に、スイッチSWを介して接続するバッテリ51を有
し、該検出点6を介してピエゾスタックP1、P2の一
方にバッテリ電圧(+B)を印加する。また、このよう
にしてピエゾスタックP1、P2の一方に蓄積された電
荷を、ピエゾスタックP1、P2の両方に再充電した時
のピエゾスタックP1、P2の両端間電圧を知るため
に、検出点6の電圧を検出する電圧モニタ手段としての
電圧モニタ回路7を設けている。
In the present invention, in order to detect abnormality of the piezo stacks P1 and P2, a predetermined constant voltage (+ B) for detection is applied to one of the piezo stacks P1 and P2 in the drive control unit 1.
Is applied. The detection voltage application means 5 includes a detection point 6 provided in the middle of the energization path 11 from the switching circuit 3 to the piezo stacks P1 and P2.
And a battery 51 connected via a switch SW, and a battery voltage (+ B) is applied to one of the piezo stacks P1 and P2 via the detection point 6. In order to know the voltage between both ends of the piezo stacks P1 and P2 when the electric charge accumulated in one of the piezo stacks P1 and P2 is recharged to both of the piezo stacks P1 and P2, the detection point 6 A voltage monitoring circuit 7 is provided as voltage monitoring means for detecting the voltage of the power supply.

【0020】次に、検出電圧印加手段5と電圧モニタ回
路7で構成される異常検出装置の作動について説明す
る。ここで、異常検出を実施するタイミングは、ピエゾ
インジェクタの噴射が実行されていない期間(スイッチ
ング回路3の充電用および放電用スイッチング素子がO
FF状態にある期間)とする。また、ここでは、仮の前
提条件として、ピエゾスタックP1は正常であることが
確認されているものとし、これを参照用ピエゾアクチュ
エータ(一方のピエゾアクチュエータ)として、検出用
ピエゾアクチュエータ(他方のピエゾアクチュエータ)
となるピエゾスタックP2の異常の有無を検出する場合
を示す。
Next, the operation of the abnormality detecting device constituted by the detection voltage applying means 5 and the voltage monitor circuit 7 will be described. Here, the timing of performing the abnormality detection is a period during which the injection of the piezo injector is not performed (when the charging and discharging switching elements of the switching circuit 3 are turned on and off).
FF state). Here, as a temporary precondition, it is assumed that the piezo stack P1 is confirmed to be normal, and this is used as a reference piezo actuator (one piezo actuator) and a detection piezo actuator (the other piezo actuator). )
This shows a case where the presence or absence of an abnormality in the piezo stack P2 is detected.

【0021】まず、選択用スイッチング素子T1をO
N、選択用スイッチング素子T2をOFF、スイッチS
WをONとし、ピエゾスタックP1にバッテリ電圧(+
B)を充電する。次いで、スイッチSWをOFFし、選
択用スイッチング素子T2をONして(選択用スイッチ
ング素子T1はONのままとする)、ピエゾスタックP
1に蓄えられていた電荷をピエゾスタックP2に放出す
る。この時、ピエゾスタックP2が断線していなけれ
ば、上記作動により容量は2倍となるため、電圧モニタ
回路7でモニタされる電圧は、+B/2となる。また、
図3のように、容量性素子を並列接続した構成のピエゾ
スタックP2内部で一部断線が生じ、例えば、容量が半
分になったとすると、上記作動により容量は1.5倍と
なるため、モニタされる電圧は、+B×2/3となる。
また、ピエゾスタックP2が全断線またはワイヤリング
断線となっていれば、電荷の放出がないため、モニタさ
れる電圧は、+Bのままで変化しない。
First, the selection switching element T1 is set to O
N, switching element T2 for selection is OFF, switch S
W is turned ON, and the battery voltage (+
B) Charge. Next, the switch SW is turned off, the switching element for selection T2 is turned on (the switching element for selection T1 is kept on), and the piezo stack P
The charge stored in 1 is released to the piezo stack P2. At this time, if the piezo stack P2 is not disconnected, the capacity is doubled by the above operation, and the voltage monitored by the voltage monitor circuit 7 is + B / 2. Also,
As shown in FIG. 3, partial disconnection occurs inside the piezo stack P2 having a configuration in which capacitive elements are connected in parallel. For example, if the capacitance is reduced by half, the capacitance becomes 1.5 times by the above operation. The applied voltage is + B × 2.
If the piezo stack P2 has been completely disconnected or has been disconnected from the wiring, no charge is released, and the monitored voltage remains unchanged at + B.

【0022】このモニタ電圧とピエゾスタックP2断線
判定の対応を表1に示す。このように、複数のピエゾス
タックの一方(ピエゾスタックP1)を参照用として用
い、その電圧をモニタすることで、他方のピエゾスタッ
クP2の異常判定を容易に行うことができ、ピエゾスタ
ックP2の一部断線を全断線やワイヤリング断線と区別
して検出できる。また、環境条件の等しいピエゾスタッ
クP1を参照用とすることで、環境条件の影響を排除す
ることができ、信頼性の高い異常判定装置が実現でき
る。
Table 1 shows the correspondence between the monitor voltage and the piezo stack P2 disconnection determination. In this way, by using one of the plurality of piezo stacks (piezo stack P1) as a reference and monitoring the voltage thereof, it is possible to easily determine the abnormality of the other piezo stack P2, Partial disconnection can be detected separately from all disconnections or wiring disconnections. Further, by using the piezo stack P1 having the same environmental condition as a reference, the influence of the environmental condition can be eliminated, and a highly reliable abnormality determination device can be realized.

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】なお、上記第1の実施の形態では、ピエゾ
スタックP1が正常であることを前提として異常検出を
行う場合について説明したが、ピエゾスタックP1に異
常がある可能性を考慮し、以下に第2の実施の形態とし
て示すようにして異常判定を行うこともできる。
In the first embodiment, the case where the abnormality detection is performed on the assumption that the piezo stack P1 is normal has been described. However, in consideration of the possibility that the piezo stack P1 has an abnormality, the following will be described. The abnormality determination can be performed as shown in the second embodiment.

【0025】上記第1の実施の形態において、選択用ス
イッチング素子T1をON、選択用スイッチング素子T
2をOFF、スイッチSWをONとし、ピエゾスタック
P1にバッテリ電圧(+B)を充電した時に、ピエゾス
タックP1に充電された電荷Q1は、Q1=C1×+B
で表される。この電荷Q1が、次いで、スイッチSWを
OFFし、選択用スイッチング素子T2をONすること
により、ピエゾスタックP1とピエゾスタックP2の合
成容量に再充電されることから、V:モニタ電圧、C
1:ピエゾスタックP1の容量、C2:ピエゾスタック
P2容量とすると、 Q1=C1×+B=(C1+C2)×V となり、モニタ電圧Vの一般式は以下のようになる。 V=+B×(C1/(C1+C2))
In the first embodiment, the selection switching element T1 is turned ON and the selection switching element T
2 is turned off, the switch SW is turned on, and when the piezo stack P1 is charged with the battery voltage (+ B), the charge Q1 charged in the piezo stack P1 is Q1 = C1 × + B
It is represented by This charge Q1 is then recharged to the combined capacitance of the piezo stack P1 and the piezo stack P2 by turning off the switch SW and turning on the selection switching element T2, so that V: monitor voltage, C
Assuming that 1: the capacity of the piezo stack P1, and C2: the capacity of the piezo stack P2, Q1 = C1 × + B = (C1 + C2) × V, and the general formula of the monitor voltage V is as follows. V = + B × (C1 / (C1 + C2))

【0026】上記一般式から、ピエゾスタックP1とピ
エゾスタックP2のいずれにも一部断線がないまたは一
部断線量が同じ場合は、C1=C2であり、V=+B/
2である。また、C2=0(少なくともピエゾスタック
P2が全断線またはワイヤリング断線)の時はV=+
B、C1=0(少なくともピエゾスタックP1が全断線
またはワイヤリング断線)の時はV=0、C2<C1
(少なくともピエゾスタックP2が一部断線)の時は+
B/2<V<+B、C1<C2(少なくともピエゾスタ
ックP1が一部断線)の時は0<V<+Bとなることが
分かる。このモニタ電圧とピエゾスタックP1、P2断
線判定の対応を表2に示す。
From the above general formula, when there is no partial disconnection or the same partial disconnection in both the piezo stack P1 and the piezo stack P2, C1 = C2 and V = + B /
2. When C2 = 0 (at least the piezo stack P2 is completely disconnected or the wiring is disconnected), V = +
When B and C1 = 0 (at least the piezo stack P1 is completely disconnected or the wiring is disconnected), V = 0 and C2 <C1
(At least when the piezo stack P2 is partially broken)
It can be seen that when B / 2 <V <+ B and C1 <C2 (at least the piezo stack P1 is partially disconnected), 0 <V <+ B. Table 2 shows the correspondence between the monitor voltage and the piezo stack P1, P2 disconnection determination.

【0027】[0027]

【表2】 [Table 2]

【0028】このようにして、ピエゾスタックP2のみ
ならず、ピエゾスタックP1についても異常検出が可能
で、電圧モニタ回路7で検出されるモニタ電圧から、少
なくともピエゾスタックP1が一部断線、あるいは、全
断線またはワイヤリング断線である場合を、精度よく検
出できる。
In this way, the abnormality can be detected not only for the piezo stack P2 but also for the piezo stack P1, and at least a part of the piezo stack P1 is disconnected or completely removed from the monitor voltage detected by the voltage monitor circuit 7. It is possible to accurately detect disconnection or wiring disconnection.

【0029】以上のことから、本発明の異常検出装置
を、市場のエンジン不調調査等に用いれば、全断線はも
とより、少なくとも一部断線しているピエゾインジェク
タの検出、交換が容易にできる。また、交換後の正常な
ピエゾインジェクタを参照用ピエゾアクチュエータとし
て用い、残るピエゾインジェクタの1つと組み合わせて
再度異常検出を行うという作業手順により、全ピエゾイ
ンジェクタを正常化することができる。よって、ピエゾ
インジェクタの調査・交換作業を効率的に行うことがで
き、作業工数を大幅に削減できる。
As described above, if the abnormality detecting device of the present invention is used for an engine malfunction investigation on the market, etc., it is possible to easily detect and replace not only the piezo injector which is completely disconnected but also at least a partially disconnected piezo injector. In addition, all the piezo injectors can be normalized by a work procedure in which a normal piezo injector after replacement is used as a reference piezo actuator and abnormality detection is performed again in combination with one of the remaining piezo injectors. Therefore, the investigation / replacement work of the piezo injector can be efficiently performed, and the number of work steps can be significantly reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のピエゾアクチュエータの異常検出装置
を含むピエゾインジェクタ駆動制御系の全体構成を示す
図である。
FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a piezo injector drive control system including a piezo actuator abnormality detection device according to the present invention.

【図2】ピエゾスタックの等価回路図である。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a piezo stack.

【図3】ピエゾスタックの一部断線状態を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a partially broken state of a piezo stack.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

P1、P2 ピエゾスタック(ピエゾアクチュエータ) SW スイッチ 1 駆動制御部(駆動手段) 11 通電経路 2 高電圧発生回路 3 スイッチング回路 4 制御回路 5 検出電圧印加回路(検出電圧印加手段) 51 バッテリ 6 検出点 7 電圧モニタ回路(電圧モニタ手段) P1, P2 Piezo stack (piezo actuator) SW switch 1 Drive control section (drive means) 11 Current path 2 High voltage generation circuit 3 Switching circuit 4 Control circuit 5 Detection voltage application circuit (detection voltage application means) 51 Battery 6 Detection point 7 Voltage monitor circuit (voltage monitor means)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧電体を多数積層した構造を有し、駆動
手段により充電または放電されることによって伸縮する
ピエゾアクチュエータの異常を検出する装置であって、
電気的に並列接続され同一環境条件で使用される複数の
ピエゾアクチュエータを設けるとともに、上記駆動手段
から上記複数のピエゾアクチュエータへの通電経路の途
中に設けた検出点に接続し、該検出点を介して上記複数
のピエゾアクチュエータの一方に検出用の定電圧を印加
する検出電圧印加手段と、上記検出電圧印加手段から上
記検出点を介して上記一方のピエゾアクチュエータへ上
記検出用の定電圧を印加した後、上記一方のピエゾアク
チュエータに蓄積された電荷を、上記一方のピエゾアク
チュエータおよび他方のピエゾアクチュエータに再充電
した時の上記検出点の電圧を検出する電圧モニタ手段と
を設け、上記電圧モニタ手段の検出結果に基づいて、上
記ピエゾアクチュエータの異常の状態を検出することを
特徴とするピエゾアクチュエータの異常検出装置。
1. An apparatus for detecting an abnormality of a piezo actuator which has a structure in which a plurality of piezoelectric bodies are laminated and which expands and contracts when charged or discharged by a driving means,
A plurality of piezo actuators electrically connected in parallel and used under the same environmental conditions are provided, and connected to a detection point provided in the middle of an energization path from the driving means to the plurality of piezo actuators, and connected via the detection point. Detecting voltage applying means for applying a constant voltage for detection to one of the plurality of piezo actuators; and applying the constant voltage for detection to the one piezo actuator via the detection point from the detecting voltage applying means. Thereafter, voltage monitoring means for detecting a voltage at the detection point when the electric charge accumulated in the one piezo actuator is recharged to the one piezo actuator and the other piezo actuator is provided. Detecting an abnormal state of the piezo actuator based on a detection result. Abnormality detection device of the actuator.
【請求項2】 同一構造とした上記複数のピエゾアクチ
ュエータの上記一方のピエゾアクチュエータを参照用ピ
エゾアクチュエータとして、上記他方のピエゾアクチュ
エータの異常を検出するものであり、上記検出用の定電
圧が+Bである時に、上記電圧モニタ手段で検出される
電圧が、+B/2であれば断線なしと判定し、+B/2
より大きく+Bより小さければ上記他方のピエゾアクチ
ュエータの一部断線と判定し、+Bであれば上記他方の
ピエゾアクチュエータの全断線またはワイヤリング断線
と判定する請求項1記載のピエゾアクチュエータの異常
検出装置。
2. The method according to claim 1, wherein the one piezo actuator of the plurality of piezo actuators having the same structure is used as a reference piezo actuator to detect an abnormality of the other piezo actuator, and the constant voltage for detection is + B. At one time, if the voltage detected by the voltage monitoring means is + B / 2, it is determined that there is no disconnection, and + B / 2
2. The abnormality detecting device for a piezo actuator according to claim 1, wherein when it is larger than + B, it is determined that the other piezo actuator is partially disconnected, and when it is + B, it is determined that the other piezo actuator is completely disconnected or the wiring is disconnected.
【請求項3】 同一構造とした上記複数のピエゾアクチ
ュエータの異常を検出するものであり、上記検出用の定
電圧が+Bである時に、上記電圧モニタ手段で検出され
る電圧が、+Bであれば少なくとも上記他方のピエゾア
クチュエータ全断線またはワイヤリング断線と判定し、
+B/2より大きく+Bより小さければ少なくとも上記
他方のピエゾアクチュエータの一部断線と判定し、+B
/2であれば断線なしまたは上記一方のピエゾアクチュ
エータおよび上記他方のピエゾアクチュエータが一部断
線で断線量同じと判定し、0より大きく+B/2より小
さければ少なくとも上記一方のピエゾアクチュエータの
一部断線と判定し、0であれば少なくとも上記一方のピ
エゾアクチュエータの全断線またはワイヤリング断線と
判定する請求項1記載上記ピエゾアクチュエータ請求項
1記載のピエゾアクチュエータの異常検出装置。
3. A method for detecting an abnormality of the plurality of piezo actuators having the same structure, wherein if the voltage detected by the voltage monitoring means is + B when the constant voltage for detection is + B. It is determined that at least the other piezo actuator is completely disconnected or the wiring is disconnected,
If it is larger than + B / 2 and smaller than + B, it is determined that at least the other piezo actuator is partially disconnected, and + B
/ 2, it is determined that there is no disconnection, or that the one piezo actuator and the other piezo actuator are partially disconnected and the disconnection amount is the same, and if it is larger than 0 and smaller than + B / 2, at least a partial disconnection of the one piezo actuator. The piezo actuator abnormality detection device according to claim 1, wherein if 0, it is determined that at least one of the piezo actuators is completely disconnected or the wiring is disconnected.
【請求項4】 上記複数のピエゾアクチュエータが、内
燃機関に設けた複数のピエゾインジェクタにそれぞれ内
蔵されるものである請求項1ないし3のいずれか記載の
ピエゾアクチュエータの異常検出装置。
4. The abnormality detecting device for a piezo actuator according to claim 1, wherein said plurality of piezo actuators are respectively built in a plurality of piezo injectors provided in an internal combustion engine.
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