JP2002299707A - ピエゾアクチュエータ駆動回路および燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピエゾアクチエータの駆動用のエネルギーを
低減することである。 【解決手段】 ピエゾアクチュエータに搭載されたピエ
ゾスタック１１Ａ〜１１Ｄの充電に先立って充電されて
ピエゾスタック１１Ａ〜１１Ｄの充電用の電気エネルギ
ーを一時、保持するコンデンサ２１と、該コンデンサ２
１からピエゾスタック１１Ａ〜１１Ｄに到る充電経路２
２ａに設けられて充電経路２２ａを開閉するスイッチン
グ素子２４ａとを有する構成において、スイッチング素
子２４ａよりもピエゾスタック１１Ａ〜１１Ｄ側で、定
電圧源２７をダイオード２８を介して充電経路２２ａに
接続し、充電経路２２ａ上に定電圧源２７の給電点ＰVB
を設けることで、ピエゾスタック１１Ａ〜１１Ｄの基準
電圧を上げ、消費エネルギーを低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はピエゾアクチエータ
駆動回路および燃料噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ピエゾアクチュエータは、ＰＺＴ等の圧
電材料の圧電作用を利用したもので、容量性素子である
ピエゾスタックが充放電により伸長または縮小してピス
トン等を直線動する。例えば、内燃機関の燃料噴射装置
において、燃料噴射用のインジェクタの開閉弁の切り換
えをピエゾアクチュエータにより行うものが知られてお
り、このものでは、開閉弁の切り換えを行う弁体に対す
る駆動力や弁体のリフト量がピエゾスタックの充電量で
設定されることになる。

【０００３】コモンレール式の内燃機関にはコモンレー
ルに保持された高圧の燃料を弁体の制御油としても用
い、高圧の燃料圧に抗して弁体を作動せしめる構成のも
のがあり、この場合、インジェクタの開閉に大きな駆動
力を瞬時に出力することが必要となる。そこで、ピエゾ
アクチエータ駆動回路は、ピエゾスタックの充電に先立
って充電されてピエゾスタックの充電用の電気エネルギ
ーを一時、保持するコンデンサを備えている。コンデン
サには、例えば、バッテリ等の給電源からＤＣ−ＤＣコ
ンバータにより昇圧して充電がなされる。コンデンサか
らピエゾスタックに充電電流を流す充電経路には、これ
を開閉するスイッチング素子が設けられ、例えば前記イ
ンジェクタの噴射時期になると、スイッチング素子を作
動せしめてピエゾスタックの充電を行う。

【０００４】例えば、多重スイッチング方式のピエゾア
クチエータ駆動回路では、スイッチング素子よりもピエ
ゾスタック側に、スイッチング素子と直列にインダクタ
が設けられるとともに、コンデンサの両端間電圧が逆バ
イアスになるように、前記スイッチング素子およびコン
デンサをバイパスするダイオードが設けられている。ピ
エゾスタックの充電はスイッチング素子を繰り返しオン
オフすることで、そのオン期間にコンデンサからピエゾ
スタックに漸増する充電電流を流し、オフ期間にインダ
クタに蓄積したエネルギーを消費しながらインダクタか
らピエゾスタックを経て前記ダイオードに還流する充電
電流を流す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記燃料噴
射装置等では機関回転に伴ってインジェクタの開閉が行
われるから、ピエゾスタックは充電と放電とを膨大な回
数繰り返すことになる。このため、消費するエネルギー
が大きいうという問題があった。

【０００６】本発明は前記実情に鑑みなされたもので、
ピエゾスタックの充電および放電に伴う消費エネルギー
を低減することのできるピエゾアクチュエータ駆動回路
および燃料噴射装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、ピエゾアクチュエータに搭載されたピエゾスタック
の充電に先立って充電されてピエゾスタックの充電用の
電気エネルギーを一時、保持するコンデンサと、該コン
デンサからピエゾスタックに到る充電経路に設けられて
該充電経路を開閉するスイッチング素子とを有するピエ
ゾアクチュエータ駆動回路において、スイッチング素子
よりもピエゾスタック側で、定電圧を生成するコンデン
サの給電源をダイオードを介して前記充電経路に接続
し、該充電経路上に給電源の給電点を設ける。

【０００８】ピエゾスタックの基準電圧が、給電点を介
して印加される給電源の生成電圧となるから、その分、
ピエゾスタックの充電および放電に伴う消費エネルギー
を低減することができる。

【０００９】請求項２記載の発明では、請求項１の発明
の構成において、前記給電点とスイッチング素子との間
で前記充電経路に設けられたインダクタと、該インダク
タを給電点とは反対側で実質的に接地可能な別のスイッ
チング素子と、前記スイッチング素子と並列でかつ前記
給電源の電圧が順バイアスとなるように接続された充放
電用のダイオードと、前記別のスイッチング素子と並列
で、前記給電源の電圧が逆バイアスとなるように接続さ
れた別の充放電用のダイオードと、前記スイッチング素
子および前記別のスイッチング素子を制御する制御手段
とを具備せしめる。該制御手段を、ピエゾスタックの充
電制御では、前記別のスイッチング素子をオフした状態
で、前記スイッチング素子をオンオフすることによりピ
エゾスタックへの電流を流し、ピエゾスタックの放電制
御およびコンデンサの充電制御では、前記スイッチング
素子をオフした状態で、前記別のスイッチング素子をオ
ンオフすることによりコンデンサへの電流を流すように
設定する。

【００１０】別のスイッチング素子をオフした状態で、
前記スイッチング素子をオンオフすると、オン期間には
コンデンサからピエゾスタックに、漸増する電流が流
れ、オフ期間には、インダクタに保持されたエネルギー
により、別の充放電用ダイオードを通ってピエゾスタッ
クに、漸減する電流が流れる。これによりピエゾスタッ
クが充電される。

【００１１】これにより、前記多重スイッチング方式の
回路が構成される。すなわち、ピエゾスタックが充電保
持状態にある場合に、前記スイッチング素子をオフした
状態で、前記別のスイッチング素子をオンオフすると、
オン期間には、別のスイッチング素子を通ってピエゾス
タックからインダクタに、漸増する電流が流れ、オフ期
間には、インダクタに保持されたエネルギーにより、前
記充放電用ダイオードを通ってコンデンサに、漸減する
電流が流れる。ピエゾスタックからの回収電荷によりピ
エゾスタックが充電される。

【００１２】また、ピエゾスタックが充電保持状態にな
ければ、オン期間に、別のスイッチング素子を通って定
電圧源からインダクタに、漸増する電流が流れ、オフ期
間には、インダクタに保持されたエネルギーにより、前
記充放電用ダイオードを通ってコンデンサに、漸減する
電流が流れる。すなわち、前記インダクタや別のスイッ
チング素子等により、コンデンサを充電するＤＣ−ＤＣ
コンバータもが構成されることになる。これにより、ピ
エゾアクチュエータ駆動回路の構成を簡略化することが
できる。

【００１３】請求項３記載の発明では、燃料噴射装置
を、ピエゾアクチュエータにより開閉して燃料の噴射と
停止とが切り換わるインジェクタと、前記ピエゾアクチ
ュエータを駆動する請求項１または２いずれか記載のピ
エゾアクチュエータ駆動回路とを具備する構成とする。

【００１４】ピエゾスタックの充電および放電が機関回
転に伴って膨大な回数行われるから、特に大きなエネル
ギー低減効果を得ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図２に本発明を
適用したディーゼルエンジンのコモンレール式の燃料噴
射装置の構成を示す。ディーゼルエンジンの気筒数分の
インジェクタ１が各気筒に対応して設けられ（図例では
インジェクタ１は１つのみ図示）、供給ライン４５を介
して連通する共通のコモンレール４４から燃料の供給を
受け、インジェクタ１から各気筒の燃焼室内に略コモン
レール４４内の燃料圧力（以下、コモンレール圧力）に
等しい噴射圧力で燃料を噴射するようになっている。コ
モンレール４４には燃料タンク４１の燃料が高圧サプラ
イポンプ４３により圧送されて高圧で蓄えられる。

【００１６】また、コモンレール４４からインジェクタ
１に供給された燃料は、上記燃焼室への噴射用の他、イ
ンジェクタ１の制御油圧としても用いられ、インジェク
タ１から低圧のドレーンライン４６を経て燃料タンク４
１に還流するようになっている。インジェクタ１はピエ
ゾアクチュエータ１ａが搭載され、ピエゾスタックへの
充電により、インジェクタ１の開閉用の弁体を前記制御
油としての燃料に抗して駆動せしめ、インジェクタ１を
開作動せしめる。

【００１７】ＣＰＵ３１はクランク角度等の検出信号に
基づいて燃料の噴射時期と噴射量を演算し、これに応じ
た噴射指令である噴射信号を、各インジェクタ１に搭載
されたピエゾアクチュエータ１ａを駆動するピエゾアク
チュエータ駆動回路２に出力する。噴射信号は「Ｈ」と
「Ｌ」からなる二値信号で、インジェクタ１から所定の
期間、燃料を噴射せしめる。

【００１８】また、ＣＰＵ３１は他のセンサ類により知
られる運転条件に応じた適正な噴射圧となるように制御
する。かかるセンサ類としてコモンレール４４に圧力セ
ンサ３２が設けられており、ＣＰＵ３１はコモンレール
圧力に基づいて調量弁４２を制御してコモンレール４４
への燃料の圧送量を調整する。

【００１９】図１にピエゾアクチュエータ１ａを駆動す
るピエゾアクチュエータ駆動回路２の構成を示す。ピエ
ゾアクチュエータ駆動回路２が充電と放電とを行うピエ
ゾスタック１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄは、各気筒
のインジェクタ１に１対１に対応している。

【００２０】ピエゾアクチュエータ駆動回路２は、ピエ
ゾスタック１１Ａ〜１１Ｄの充電用のエネルギーを一時
保持するコンデンサ２１を備えており、ピエゾスタック
１１Ａ〜１１Ｄを充放電するための充放電回路２０に
は、コンデンサ２１とピエゾスタック１１Ａ〜１１Ｄと
を接続する充電経路である第１の通電経路２２ａが形成
してある。コンデンサ２１は後述するように非接地側が
正となるように充電される。第１の通電経路２２ａには
コンデンサ２１側からスイッチング素子２４ａ、インダ
クタ２３が設けてある。スイッチング素子２４ａはＭＯ
ＳＦＥＴで構成され、その寄生ダイオード２４１ａがコ
ンデンサ２１の両端間電圧（以下、コンデンサ電圧とい
う）に対して逆バイアスとなるように接続される。以
下、スイッチング素子２４ａを適宜、第１の充放電制御
スイッチング素子２４ａといい、寄生ダイオード２４１
ａを第１の充放電制御寄生ダイオード２４１ａという。

【００２１】また、インダクタ２３とピエゾスタック１
１Ａ〜１１Ｄはコンデンサ２１および充放電制御スイッ
チング素子２４ａをバイパスする第２の通電経路２２ｂ
を形成している。この通電経路２２ｂには、スイッチン
グ素子２４ｂが設けられ、インダクタ２３を、充放電制
御スイッチング素子２４ａ側で実質的に接地せしめる。
スイッチング素子２４ｂもＭＯＳＦＥＴで構成され、そ
の寄生ダイオード２４１ｂがコンデンサ電圧に対して逆
バイアスとなるように接続される。以下、スイッチング
素子２４ｂを適宜、第２の充放電制御スイッチング素子
２４ｂといい、寄生ダイオード２４１ｂを第２の充放電
制御寄生ダイオード２４１ｂという。

【００２２】通電対象としてのピエゾスタック１１Ａ〜
１１Ｄは次のように選択できる。ピエゾスタック１１Ａ
〜１１Ｄのそれぞれには、接地側で１対１に対応して直
列にスイッチング素子（以下、適宜、選択スイッチング
素子という）２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄが接続さ
れている。噴射気筒のインジェクタ１のピエゾスタック
１１Ａ〜１１Ｄに対応する選択スイッチング素子２４Ａ
〜２４Ｄがオンされ、当該ピエゾスタック１１Ａ〜１１
Ｄのみが、コンデンサ２１から通電経路２２ａ，２２ｂ
により通電可能となる。

【００２３】各選択スイッチング素子２４Ａ〜２４Ｄは
ＭＯＳＦＥＴが用いられており、その寄生ダイオード
（以下、選択寄生ダイオードという）２４１Ａ，２４１
Ｂ，２４１Ｃ，２４１Ｄは、コンデンサ２１に対して逆
バイアスとなるように接続されている。

【００２４】また、インダクタ２３よりもピエゾスタッ
ク１１Ａ〜１１Ｄ側で通電経路２２ａ，２２ｂに、非接
地側が正として給電源であるバッテリ２７からの給電点
ＰVBが設けてある。バッテリ２７と給電点ＰVBとはダイ
オード２８を介して接続されている。ダイオード２８は
バッテリ２７の生成電圧（以下、バッテリ電圧という）
が順バイアスとなるように設けられる。また、バッテリ
２７はコンデンサ２１の充電にも用いられ、第１の通電
経路２２ａに設けられる第１の充放電制御寄生ダイオー
ド２４１ａはバッテリ電圧に対して順バイアスであり、
第２の通電経路２２ｂに設けられる第２の充放電制御寄
生ダイオード２４１ｂはバッテリ電圧に対して逆バイア
スである。バッテリ２７からの給電で、ピエゾスタック
電圧の最低電圧である基準の電圧はバッテリ電圧とな
る。

【００２５】なお、インジェクタ１を開作動せしめる時
のピエゾスタック１１Ａ〜１１Ｄの充電電圧は数十Ｖ以
上であり、車両のバッテリ電圧よりも十分に高いから、
基準電圧が０ではないとはいえ、ピエゾスタック電圧が
基準電圧のときに、ピエゾスタック１１Ａ〜１１Ｄによ
り発生し弁体に対してインジェクタ１の開作動方向に作
用する駆動力が、インジェクタ１の閉作動方向に作用す
る前記制御油としての燃料圧による弁体への付勢力を上
回ることはない。

【００２６】充放電制御スイッチング素子２４ａ，２４
ｂ、選択スイッチング素子２４Ａ〜２４Ｄの各ゲートに
は制御手段である制御回路２９からそれぞれ制御信号が
入力しており、前記のごとく選択スイッチング素子２４
Ａ〜２４Ｄのいずれかをオンして通電対象のピエゾスタ
ック１１Ａ〜１１Ｄが選択されるとともに、充放電制御
スイッチング素子２４ａ，２４ｂのゲートにはパルス状
の制御信号が入力して充放電制御スイッチング素子２４
ａ，２４ｂをオンオフし、ピエゾスタック１１Ａ〜１１
Ｄの充電制御および放電制御を行うようになっている。
また、第２の充放電制御スイッチング素子２４ｂのオン
オフではコンデンサ２１の充電制御が行われる。

【００２７】また、ピエゾクタック１１Ａ〜１１Ｄに共
通に直列に比較的低抵抗の抵抗器２５が設けてある。そ
の両端間電圧は制御回路２９に入力し、ピエゾスタック
１１Ａ〜１１Ｄの充電電流が検出されるようになってい
る。

【００２８】また、第２の充放電制御スイッチング素子
２４ｂには直列に比較的低抵抗の抵抗器２６が設けてあ
る。その両端間電圧は制御回路２９に入力し、ピエゾス
タック１１Ａ〜１１Ｄの放電電流および後述するコンデ
ンサ２１の充電電流が検出されるようになっている。

【００２９】また、制御回路２９には、充電量としての
各ピエゾスタック１１Ａ〜１１Ｄの両端端電圧（以下、
ピエゾスタック電圧という）が入力している。また、充
電量としてのコンデンサ電圧が入力している。

【００３０】制御回路２９は、論理演算回路等で構成さ
れ、充放電制御スイッチング素子２４ａ，２４ｂ、選択
スイッチング素子２４Ａ〜２４Ｄを次のように制御して
コンデンサ２１の充電制御を行う。第１の充放電制御ス
イッチング素子２４ａおよび選択スイッチング素子２４
Ａ〜２４Ｄはオフとしておき、第２の充放電制御スイッ
チング素子２４ｂをオンオフする。充放電制御スイッチ
ング素子２４ｂのオン期間にはインダクタ２３が給電点
ＰVBとは反対側で抵抗器２６を介して実質的に接地さ
れ、バッテリ２７から給電点ＰVBを介してインダクタ２
３に電流が流れる。この電流は、インダクタ２３の誘導
作用で漸増する電流であり、インダクタ２３には電流値
に応じた電気エネルギーが蓄積される。また、この電流
はコンデンサ２１の充電用電流として抵抗器２６により
検出され、充電用電流が予め設定したコンデンサ２１の
充電用の基準電流に達すると、第２の充放電制御スイッ
チング素子２４ｂをオフする。

【００３１】第２の充放電制御スイッチング素子２４ｂ
のオフにより、インダクタ２３には逆起電力が発生す
る。この逆起電力は第１の充放電制御スイッチング素子
２４ａの寄生ダイオード２４１ａに対して順バイアスで
あり、第２の充放電制御スイッチング素子２４ｂのオフ
期間には、オン期間の終期におけるインダクタ２３の蓄
積エネルギーを消費しながらコンデンサ２１に充電電流
が流れる。充電電流は漸減する電流であり、やがて０に
なる。オフ期間の長さはコンデンサ２１の充電電流が０
まで減少する期間よりもやや長めに設定し、オフ期間の
終了後、再び、第２の充放電制御スイッチング素子２４
ｂがオンしてオン期間に入る。これが、制御回路２９か
ら充放電制御スイッチング素子２４ｂに制御信号がパル
ス状に入力することで繰り返され、コンデンサ２１の充
電が進行する。コンデンサ電圧が所定の目標電圧に達す
ると、第２の充放電制御スイッチング素子２４ｂをオフ
に固定する。

【００３２】制御回路２９は、充放電制御スイッチング
素子２４ａ，２４ｂ、選択スイッチング素子２４Ａ〜２
４Ｄを次のように制御してピエゾスタック１１Ａ〜１１
Ｄの充電制御を行う。噴射気筒のインジェクタ１のピエ
ゾスタック１１Ａ〜１１Ｄに対応した選択スイッチング
素子２４Ａ〜２４Ｄをオン、第２の充放電制御スイッチ
２４ｂをオフとした状態で、第１の充放電制御スイッチ
ング素子２４ａをオンオフする。第１の充放電制御スイ
ッチング素子２４ａのオン期間には、第１の通電経路２
２ａにより、ピエゾスタック１１Ａ〜１１Ｄに漸増する
充電電流を流す。この充電電流は漸増する電流である。
充電電流が予め設定したピエゾスタック１１Ａ〜１１Ｄ
の充電用の基準電流になると第１の充放電制御スイッチ
ング素子２４ａをオフしてオフ期間に入る。

【００３３】第１の充放電制御スイッチング素子２４ａ
のオフによりインダクタ２３に発生する逆起電力は第２
の充放電制御スイッチング素子２４ｂの寄生ダイオード
２４１ｂに対して順バイアスであるから、インダクタ２
３に蓄積されたエネルギーにより第２の通電経路２２ｂ
に漸減するフライホイール電流が流れ、ピエゾスタック
１１Ａ〜１１Ｄの充電が進行する。充電電流が下限の電
流値（略０）になると再び第１の充放電制御スイッチン
グ素子２４ａをオンしてオン期間に入り、これを繰り返
す（多重スイッチング方式）。そして、ピエゾスタック
電圧が予め設定した目標電圧に達するとスイッチング素
子２４ａをオフに固定し、充電は完了となる。目標電圧
はピエゾアクチュエータ１ａがインジェクタ１を開弁し
得る駆動力を発生する大きさに設定される。このように
ピエゾスタック１１Ａ〜１１Ｄを充電することで、ピエ
ゾスタック１１Ａ〜１１Ｄが伸長してインジェクタ１を
開弁する。

【００３４】また、制御回路２９は、充放電制御スイッ
チング素子２４ａ，２４ｂ、選択スイッチング素子２４
Ａ〜２４Ｄを次のように制御してピエゾスタック１１Ａ
〜１１Ｄの放電制御を行う。第１の充放電制御スイッチ
ング素子２４ａをオフした状態で、第２の充放電制御ス
イッチング素子２４ｂをオンオフする。充放電制御スイ
ッチング素子２４ｂのオン期間には、第２の通電経路２
２ｂにより、ピエゾスタック１１Ａ〜１１Ｄからインダ
クタ２３に放電電流が流れる。放電電流は漸増する電流
である。

【００３５】放電電流が予め設定したピエゾスタック１
１Ａ〜１１Ｄの放電電流の基準電流になると、第２の充
放電制御スイッチング素子２４ｂをオフしてオフ期間に
入る。充放電制御スイッチング素子２４ｂのオフによ
り、インダクタ２３に大きな逆起電力が発生し、充放電
制御スイッチング素子２４ｂのオン期間の終期において
インダクタ２３に蓄積されているエネルギーを消費しな
がら、フライホイール電流を第１の通電経路２２ａによ
り流し、コンデンサ２１にエネルギーを回収する。放電
電流が下限の電流値（略０）になると再び第２の充放電
制御スイッチング素子２４ｂをオンして、これを繰り返
す。そして、ピエゾスタック電圧が前記基準電圧に達す
ると、第２の充放電制御スイッチング素子２４ｂをオフ
に固定し、ピエゾスタック１１Ａ〜１１Ｄの放電は完了
となる。このようにピエゾスタック１１Ａ〜１１Ｄを放
電することで、ピエゾスタック１１Ａ〜１１Ｄが縮小し
てインジェクタ１を閉弁する。

【００３６】燃料の噴射指令としての前記噴射信号Ｔ1
，Ｔ2 ，Ｔ3 ，Ｔ4 は、各気筒と１対１に対応してＣ
ＰＵ３１から制御回路２９に入力しており、噴射信号Ｔ
1 〜Ｔ4 に基づいてピエゾスタック１１Ａ〜１１Ｄの充
電制御および放電制御が実行される。コンデンサ２１の
充電制御によるコンデンサ２１の充電状態の回復は前記
ピエゾスタック１１Ａ〜１１Ｄの放電制御に連動して実
行されるようになっている。図３は、噴射信号Ｔ1 〜Ｔ
4 の入力に応じた本ピエゾアクチエータ駆動回路２の各
部の作動を示すタイミングチャートであり、♯１気筒の
噴射信号Ｔ1 が入力したとして説明する。なお図中、噴
射気筒以外の噴射気筒を代表して♯２気筒に関する作動
状態を示している。

【００３７】♯１気筒の噴射信号Ｔ1 が入力すると、そ
の出力期間中、♯１気筒のピエゾスタック１１Ａに対応
する選択スイッチング素子２４Ａがオンする。そして、
噴射信号Ｔ1 の立ち上がりにおいて、ピエゾスタック１
１Ａの充電制御を開始する。開始時のピエゾスタック電
圧は前記基準電圧すなわちバッテリ電圧である。ピエゾ
スタック電圧が目標電圧まで上昇すると、第１の充放電
制御スイッチング素子２４ａはオフに固定される。ピエ
ゾスタック１１Ａへの給電により、コンデンサ電圧は低
下する。

【００３８】噴射信号Ｔ1 の出力期間の立ち下がりにお
いて、第２の充放電制御スイッチング素子２４ｂのオン
オフによるピエゾスタック１１Ａの放電制御を開始す
る。このとき、選択スイッチング素子２４Ａも前記のご
とくオフする。ピエゾスタック電圧が基準電圧まで低下
すると、放電は終了となる。

【００３９】その後、継続して、コンデンサ２１の充電
制御に移行し、コンデンサ電圧が所定の電圧に回復する
と、第２の充放電制御スイッチング素子２４ｂをオフに
固定する。

【００４０】このように、ピエゾスタック電圧を基準電
圧がバッテリ電圧となるようにしたから、その分、イン
ジェクタ１の開弁に必要な駆動力を損なうことなく、ピ
エゾスタック１１Ａ〜１１Ｄの充電に要するエネルギー
を低減することができる。ピエゾスタック１１Ａ〜１１
Ｄは各気筒に対応して設けられたインジェクタ１ごとに
搭載されており、これらがすべてクランクシャフトの１
回転に一度ずつ充放電を行い、さらにクランクシャフト
が高速で回転するから、機関運転中には膨大な数の充放
電が行われることになる。したがって、エネルギーの低
減量は大きなものとなり、燃料噴射装置に適用して特に
優れた効果を発揮する。

【００４１】また、コンデンサ２１の充電を、ピエゾス
タック１１Ａ〜１１Ｄの充放電回路２０で行うことがで
きるので、ＤＣ−ＤＣコンバータに必要なインダクタや
スイッチング素子等が不要になる。これにより構成が簡
略化し、低コスト化を実現することができる。また、Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータはインダクタ等の大型部品を含むの
で、装置の相当の小型化を図ることができる。

【００４２】（第２実施形態）図４に本発明の第２実施
形態になる燃料噴射装置のピエゾアクチュエータ駆動回
路を中心とする構成図を示す。第１実施形態において、
充放電回路を気筒のグループごとにそれぞれ設けたもの
で、図中、第１実施形態と実質的に同じ作動をする部分
には第１実施形態と同じ番号を付して説明する。

【００４３】ピエゾアクチュエータ駆動回路２Ａは、充
放電回路が、♯１、♯２気筒用のピエゾスタック１１
Ａ，１１Ｂよりなる第１のグループに共通の充放電回路
２０Ｘと、♯３、♯４気筒用のピエゾスタック１１Ｃ，
１１Ｄよりなる第２のグループに共通の充放電回路２０
Ｙとに分かれており、それぞれ共通のコンデンサ２１を
給電源として、担当するグループのピエゾスタック１１
Ａ，１１Ｂまたはピエゾスタック１１Ｃ，１１Ｄの充放
電を行う。

【００４４】各充放電回路２０Ｘ，２０Ｙは実質的に第
１実施形態のものと同じであり、第１のグループ用の充
放電回路２０Ｘは、コンデンサ２１からピエゾスタック
１１Ａ，１１Ｂに到る通電経路２２ｃ，２２ｄが形成さ
れるとともに、通電経路２２ｃ，２２ｄに設けられるイ
ンダクタ２３Ｘ、ピエゾスタック１１Ａ，１１Ｂの充電
時にオンオフする第１充放電制御用スイッチング素子２
４ｃ、ピエゾスタック１１Ａ，１１Ｂの放電およびコン
デンサ２１の充電時にオンオフする第２充放電制御用ス
イッチング素子２４ｄ、放電電流検出用の抵抗器２６Ｘ
を備えている。第１充放電制御用スイッチング素子２４
ｃは、その寄生ダイオード２４１ｃが、ピエゾスタック
１１Ａ，１１Ｂの放電路およびコンデンサ２１の充電路
を構成する。第２充放電制御用スイッチング素子２４ｄ
は、その寄生ダイオード２４１ｄが、ピエゾスタック１
１Ａ，１１Ｂの充電路を構成する。通電経路２２ｃ，２
２ｄにはインダクタ２３Ｘよりもピエゾスタック１１
Ａ，１１Ｂ側に給電点ＰVBXが設けられて、バッテリ２
７からダイオード２８Ｘを介して給電されるようになっ
ている。

【００４５】第２のグループ用の充放電回路２０Ｙは、
コンデンサ２１からピエゾスタック１１Ｃ，１１Ｄに到
る通電経路２２ｅ，２２ｆが形成されるとともに、通電
経路２２ｅ，２２ｆに設けられるインダクタ２３Ｙ、ピ
エゾスタック１１Ｃ，１１Ｄの充電時にオンオフする第
１充放電制御用スイッチング素子２４ｅ、ピエゾスタッ
ク１１Ｃ，１１Ｄの放電およびコンデンサ２１の充電時
にオンオフする第２充放電制御用スイッチング素子２４
ｆ、放電電流検出用の抵抗器２６Ｙを備えている。第１
充放電制御用スイッチング素子２４ｅは、その寄生ダイ
オード２４１ｅが、ピエゾスタック１１Ｃ，１１Ｄの放
電路およびコンデンサ２１の充電路を構成する。第２充
放電制御用スイッチング素子２４ｆは、その寄生ダイオ
ード２４１ｆが、ピエゾスタック１１Ｃ，１１Ｄの充電
路を構成する。通電経路２２ｅ，２２ｆにはインダクタ
２３Ｙよりもピエゾスタック１１Ｃ，１１Ｄ側に給電点
ＰVBY が設けられて、バッテリ２７からダイオード２８
Ｙを介して給電されるようになっている。

【００４６】制御回路２９Ａは、前記噴射信号Ｔ1 〜Ｔ
4 を入力として、各充放電回路２０Ｘ，２０Ｙの充放電
制御スイッチング素子２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４
ｆ、選択スイッチング素子２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２
４Ｄに制御信号を出力してオンオフせしめる。

【００４７】図５は本ピエゾアクチエータ駆動回路２Ａ
の各部の作動を示すタイミングチャートで、これによ
り、制御回路２９Ａの設定を説明する。第１のグループ
の♯１気筒の噴射信号Ｔ1 が入力すると、第１実施形態
と同様に、噴射信号Ｔ1 の出力期間中、♯１気筒のピエ
ゾスタック１１Ａに対応する選択スイッチング素子２４
Ａがオンし、噴射信号Ｔ1 の立ち上がりにおいてピエゾ
スタック１１Ａの充電制御が実行され、噴射信号Ｔ1 の
立ち下がりにおいてピエゾスタック１１Ａの放電制御が
実行される。

【００４８】ピエゾスタック１１Ａの放電制御が完了す
ると、第２グループの第２の充放電制御スイッチング素
子２４ｆに、コンデンサ２１の充電制御用の制御信号を
出力する。この制御信号は、第１実施形態におけるコン
デンサ充電制御用の制御信号と同じである。これによ
り、コンデンサ２１が所定の電圧まで復する。

【００４９】コンデンサ２１の充電制御は♯２気筒用の
ピエゾスタック１１Ｂが充電および放電した後において
も同様に行われる。

【００５０】一方、第２のグループの♯３気筒の噴射信
号Ｔ3 が入力すると、噴射信号Ｔ3の出力期間中、♯３
気筒のピエゾスタック１１Ｃに対応する選択スイッチン
グ素子２４Ｃがオンし、噴射信号Ｔ3 の立ち上がりにお
いてピエゾスタック１１Ｃの充電制御が実行され、噴射
信号Ｔ3 の立ち下がりにおいてピエゾスタック１１Ｃの
放電制御が実行される。

【００５１】ピエゾスタック１１Ｃの放電制御が完了す
ると、第１グループの第２の充放電制御スイッチング素
子２４ｄに、コンデンサ２１の充電制御用の制御信号を
出力する。この制御信号は、前記制御信号と同様のもの
である。これにより、コンデンサ２１が所定の電圧まで
復する。

【００５２】コンデンサ２１の充電制御は♯４気筒用の
ピエゾスタック１１Ｄが充電および放電した後において
も同様に行われる。

【００５３】なお、本実施形態ではピエゾスタックの放
電制御が終了すると、当該ピエゾスタックの充電制御お
よび放電制御を担当する充放電回路とは別の充放電回路
がコンデンサの充電制御を行うように設定されている
が、制御回路において、ピエゾスタックの放電制御を担
当した方の充放電回路の第２の充放電制御スイッチング
素子に引き続きコンデンサ充電制御用の制御信号を出力
し、ピエゾスタックの充電制御からコンデンサの充電制
御まで一貫して同じ充放電回路により行うようにしても
よい。また、両充放電回路の第２の充放電制御スイッチ
ング素子を作動せしめて両充放電回路によりコンデンサ
を充電してもよい。

【００５４】また、前記各実施形態ではピエゾスタック
の充放電やコンデンサの充電の経路を構成するダイオー
ドはＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを用いているが、ス
イッチング素子に並列に、別途、ダイオードを設けても
よいのは勿論である。

【００５５】また、ピエゾスタックの充放電用とコンデ
ンサの充電用とで回路を両用とする必要がなければ、コ
ンデンサを充電するＤＣ−ＤＣコンバータを別途、設け
て、バッテリからダイオードを介してピエゾスタックに
給電することによるエネルギー低減効果のみを得る構成
でもよい。

【００５６】また、前記各実施形態は燃料噴射装置に適
用したものを示したが、ピエゾスタックを搭載したピエ
ゾアクチュエータを備えた装置に適用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料噴射装置のインジェクタに搭載さ
れたピエゾアクチュエータを駆動する本発明のピエゾア
クチュエータ駆動回路の回路図である。

【図２】前記燃料噴射装置の全体構成図である。

【図３】前記燃料噴射装置の各部の作動状態を示すタイ
ミングチャートである。

【図４】本発明の別のピエゾアクチュエータ駆動回路の
回路図である。

【図５】前記燃料噴射装置の各部の作動状態を示すタイ
ミングチャートである。

【符号の説明】

１ インジェクタ １ａ ピエゾアクチュエータ １１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ ピエゾスタック ２，２Ａ ピエゾアクチュエータ駆動回路 ２０，２０Ｘ，２０Ｙ 充放電回路 ２１ コンデンサ ２２ａ，２２ｃ，２２ｅ 第１の通電経路（充電経路） ２２ｂ，２２ｄ，２２ｆ 第２の通電経路 ２３，２３Ｘ，２３Ｙ インダクタ ２４ａ，２４ｃ，２４ｅ 第１の充放電制御スイッチン
グ素子（スイッチング素子） ２４１ａ，２４１ｃ，２４１ｅ 寄生ダイオード（充放
電用ダイオード） ２４ｂ，２４ｄ，２４ｆ 第２の充放電制御スイッチン
グ素子（別のスイッチング素子） ２４１ｂ，２４１ｄ，２４１ｆ 寄生ダイオード（別の
充放電用ダイオード） ２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ 選択スイッチング素
子 ２７ バッテリ（給電源） ２８，２８Ｘ，２８Ｙ ダイオード ２９，２９Ａ 制御回路（制御手段） ＰVB，ＰVBX ，ＰVBY 給電点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 BA00 CC06U CD26 CE27 CE29 3G301 HA02 JA00 LB11 LC05 MA18 PE01A PG01A

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピエゾアクチュエータに搭載されたピエ
   ゾスタックの充電に先立って充電されてピエゾスタック
   の充電用の電気エネルギーを一時、保持するコンデンサ
   と、該コンデンサからピエゾスタックに到る充電経路に
   設けられて該充電経路を開閉するスイッチング素子とを
   有するピエゾアクチュエータ駆動回路において、 スイッチング素子よりもピエゾスタック側で、定電圧を
   生成するコンデンサの給電源をダイオードを介して前記
   充電経路に接続し、該充電経路上に給電源の給電点を設
   けたことを特徴とするピエゾアクチュエータ駆動回路。
2. 【請求項２】 請求項１記載のピエゾアクチュエータ駆
   動回路において、前記給電点とスイッチング素子との間
   で前記充電経路に設けられたインダクタと、 該インダクタを給電点とは反対側で実質的に接地可能な
   別のスイッチング素子と、 前記スイッチング素子と並列でかつ前記給電源の電圧が
   順バイアスとなるように接続された充放電用のダイオー
   ドと、 前記別のスイッチング素子と並列で、前記給電源の電圧
   が逆バイアスとなるように接続された別の充放電用のダ
   イオードと、 前記スイッチング素子および前記別のスイッチング素子
   を制御する制御手段とを具備せしめ、 該制御手段を、 ピエゾスタックの充電制御では、前記別のスイッチング
   素子をオフした状態で、前記スイッチング素子をオンオ
   フすることによりピエゾスタックへの電流を流し、 ピエゾスタックの放電制御およびコンデンサの充電制御
   では、前記スイッチング素子をオフした状態で、前記別
   のスイッチング素子をオンオフすることによりコンデン
   サへの電流を流すように設定したピエゾアクチュエータ
   駆動回路。
3. 【請求項３】 ピエゾアクチュエータにより開閉して燃
   料の噴射と停止とが切り換わるインジェクタと、 前記請求項１または２いずれか記載のピエゾアクチュエ
   ータ駆動回路とを具備することを特徴とする燃料噴射装
   置。