JP2005525772A - 電子的に操作される超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、電圧源から給電され、２つの端子（Ｂ_１、Ｂ_２）の間に、少なくとも１つの直流出力電圧（ｖ_ｓ）を発生するＤＣ−ＤＣコンバータを有し、これらの端子に並列に、ブリッジの少なくとも１つのアームが接続され、このアームは交互に操作可能な直列の２つのブリッジ開閉器によって構成され、アームの中央点は、共振インダクタンスと直列な少なくとも１つのアクチュエータによって構成される負荷を介して、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力の２つの端子へ交互に接続されることを特徴とする、直流電圧源の制御計算機から電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置に関する。

Description

本発明は、電子的に操作される超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置に関し、特に、自動車の内燃エンジンの電子噴射計算機によって操作されるピエゾ電気段を有する燃料噴射器の制御装置に関する。また本発明は、上記装置の使用方法にも関する。

より正確にいえば、本発明が解決することを目的とする問題は、本出願人の名において出願されたフランス特許出願第９９ １４５４８号の中で述べられた、噴射器の構造を振動させるピエゾ電気セルの励振である。このタイプの噴射器は、噴射燃料の完全で均質な気化を確実にするための、正確で充分小さい分量の決定を確実にするように較正された微細な油滴によって、燃料を極めて微細に噴霧するためのものである。このような噴射器は、とりわけ、燃料が供給され、その先端に噴射孔が設けられた円筒形のノズルと、変換器のような、ノズルを周期的な振動状態にする手段とを有する。この振動状態にする手段は、ピエゾ電気セラミックの段を有し、噴射器の開口と閉鎖に対応する両端位置の間の間隔を変化させるために、ピエゾ電気セラミックの段の端子への電圧を変化させる。噴射器のピエゾ電気セラミックは、１次のオーダで、チャージ電圧が所定のボルトよりも高くされたキャパシタンスに相当する。この変換器は、ノズルのノーズの超音波振動数で振動する開口を実現するために、エンジン制御の電子システムによって、持続時間と振動の強さが操作される。

フランス特許出願第９９ １４５４８号

本発明の目的は、直流電圧源から、ピエゾ電気セルを励振するための、高周波の交流信号を生成することにある。自動車においては、バッテリーまたは交流発電機が、１２または４２ボルトの電源電圧を供給し、このことは、この電圧を、ＤＣ−ＤＣ昇圧コンバータによって高めることを意味する。

このため、本発明の第１の対象は、電圧源から給電され、２つの端子の間に、少なくとも１つの直流出力電圧を発生するＤＣ−ＤＣコンバータを有し、上記端子に並列に、ブリッジの少なくとも１つのアームが接続され、上記アームは交互に操作可能な直列の２つの開閉器によって構成され、上記アームの中央点は、共振インダクタンスと直列な少なくとも１つのアクチュエータによって構成される負荷を介して、上記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力の２つの上記端子へ交互に接続されることを特徴とする、制御計算機と直流電圧源から電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置である。

本発明の他の１つの特徴によれば、上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、２つの上記端子の間に単一の直流出力電圧を発生し、交互に操作可能な直列の２つのブリッジ開閉器から構成される、上記制御装置のブリッジの少なくとも１つの第１のアームが、上記出力電圧に並列に接続され、上記第１のアームの中央点は、共振インダクタンスに直列な少なくとも１つのアクチュエータによって構成される負荷を介して、ブリッジの少なくとも１つの第２のアームの中央点へ接続され、上記第２のアームは、交互に操作可能な２つのブリッジ開閉器から構成され、上記第１のアームと並列に設置される。

本発明の他の１つの特徴によれば、上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、単一の直流出力電圧を発生し、上記制御装置は、交互に操作可能な２つの開閉器から構成され、上記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力上記端子に並列に接続された、ブリッジの第１のアームを含んでなり、上記第１のアームの中央点は、交互に操作可能な２つの開閉器から構成され、上記第１のアームに並列の設置された、ブリッジの第２のアームの中央点へ、１つの共振インダクタンスへ交互に接続される、並列な４つのアクチュエータからなる負荷を介して接続される。

本発明の他の１つの特徴によれば、上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、単一の直流出力電圧を発生し、上記制御装置は、交互に操作可能な２つのブリッジ開閉器から構成される、ブリッジの少なくとも１つの第１のアームと、各々が交互に操作可能な２つのブリッジ開閉器から構成され、上記ＤＣ−ＤＣコンバータの２つの上記端子の間に、上記第１のアームと並列に設置された、ブリッジの少なくとも２つの第２のアームとを含んでなり、各上記第１のアームの中央点は、共振インダクタンスに接続された少なくとも１つのアクチュエータによって構成される負荷を介して、少なくとも１つの上記第２のアームの中央点へ接続される。

本発明の他の１つの特徴によれば、上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、共通の参照端子と２つの端の端子の間に２つの直流出力電圧を発生し、上記２つの端の端子の間にブリッジの少なくとも１つのアームが並列に接続され、上記アームは交互に操作可能な２つのブリッジ開閉器から構成され、上記アームの中央点は、共振インダクタンスへ直列に接続される、少なくとも１つのアクチュエータから構成される負荷を介して上記参照端子へ接続される。

本発明の他の１つの特徴によれば、上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、２つの直流出力電圧を発生し、上記制御装置は、ブリッジの４つのアームを含んでなり、上記アームの各々は、交互に操作可能な２つのブリッジ開閉器から構成され、２つの上記端子の間に並列に設置され、上記アームの中央点は、共振インダクタンスと直列なアクチュエータによって構成される負荷を介して、上記参照端子に接続される。

本発明の第２の対象は、与えられたアクチュエータの１つの操作のために、制御計算機が、一方では、上記アクチュエータに接続された選択手段の閉鎖を、他方では、第１段階においては、ブリッジの第１のアームの第１の開閉器とブリッジの第２のアームの第２の開閉器とから構成される、ブリッジ開閉器の第１の対の閉鎖と、上記第１のアームの第２の開閉器と上記第２のアームの第１の開閉器とから構成されるブリッジ開閉器の第２の対の開放とを同時に操作し、第２段階においては、上記アクチュエータと、上記アクチュエータに連結された上記共振インダクタンスとによって形成される共振回路の端子に正弦波電圧を得るように、４つの上記開閉器を逆の位置に置き換える操作をし、これらの２つの段階は、上記アクチュエータの動作持続時間の間所定回数繰り返され、上記直流電圧源から、上記ピエゾ電気アクチュエータに対して、高電圧、高周波数の信号を生成することを特徴とする、ブリッジでできた組み立て体で構成された、少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置の使用方法である。

本発明の他の１つの特徴によれば、与えられたアクチュエータの１つの操作のために、制御計算機が、一方では、上記アクチュエータに接続された選択手段の閉鎖を、他方では、第１段階においては、ブリッジの第１のアームの第１のブリッジ開閉器の閉鎖と第２の開閉器の開放とを同時に操作し、第２段階においては、上記アクチュエータと、上記アクチュエータに連結された上記共振インダクタンスとによって形成される共振回路の端子に正弦波電圧を得るように、２つの上記開閉器を逆の位置に置き換える操作をし、これらの２つの段階は、上記アクチュエータの動作持続時間の間所定回数繰り返され、上記直流電圧源から、上記ピエゾ電気アクチュエータに対して、高電圧、高周波数の信号を生成する。

本発明のその他の特徴及び利点は、以下の図面に例示された、ピエゾ電気アクチュエータの制御装置の複数の実施の形態の説明を読むことによって明らかとなるであろう。これらの図において：
図１〜６は、１つの出力電圧のみを発生するＤＣ−ＤＣコンバータを有する第１の構造による、本発明による制御装置の複数の実施の形態の回路図であり、
図７〜１１は、２つの出力電圧を発生するＤＣ−ＤＣコンバータを有する第２の構造による、本発明による制御装置の複数の実施の形態の回路図である。

実施の形態の非限定的なこれらの例について、異なる図において同一の符号が付された部品は、同一の結果をもたらすための同一の機能を果たす。

本発明は、例えばバッテリーである直流電圧源から、１００ボルト以上の高電圧、１０キロヘルツ以上の高周波数の、正弦波形の信号を、車両の各燃料噴射器のピエゾ電気セル上に生成するものであり、共振回路を構成するためのインダクタンスを介して、前記のピエゾ電気セラミックの励振を確実にする、アクチュエータの制御装置の種々のトポロジーを提供する。これらの構造は、Ｎを望ましくは４、５、６、８、１０または１２である整数として、１〜Ｎ個の噴射器に有効である。非限定的な例として、以下の説明においては、制御される噴射器の数は４である。

記述される全てのトポロジーは、直流電圧源から給電され、１または２の直流電圧を発生する、ＤＣ−ＤＣコンバータを有する構造を表わす。

第１の構造によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータは、２つの端子Ｂ_１とＢ_２の間に高直流電圧ｖ_ｓを発生する単一の出力を有する。第１の実施の形態の図１に示すように、ｉを１〜４の間で変わる整数として、ピエゾ電気アクチュエータＩ_ｉの制御装置は、例えばバッテリーである直流電圧Ｅの電圧源Ｂを有する。電圧源Ｂの端子の間にＤＣ−ＤＣコンバータが接続され、他方、電圧源Ｂの（−）端子はアースに接続されている。端子Ｂ_１とＢ_２のどちらの側をバッテリーの（＋）端子または（−）端子に接続してもよいが、示された例においては、端子Ｂ_２がバッテリーの（−）端子に接続されている。直流電圧Ｅよりも高い高直流電圧ｖ_ｓを発生するコンバータＣの端子Ｂ_１とＢ_２の間には、ブリッジの第１と第２のアームが接続される。該ブリッジは、交互に操作可能な、直列の２つの開閉器ｐ_１とｐ_２と、２つの開閉器ｐ_３とｐ_４の各々をから成り、第１の中央点ｊ_１は、第２の中央点ｊ_２と、共振インダクタンスＬと直列な少なくとも１つのアクチュエータによって構成される負荷を介して、接続されている。

４個の噴射器を必要とする自動車の熱エンジンの場合における、ピエゾ電気セラミックからなる４個のアクチュエータＩ_１，…，Ｉ_ｉ，…，Ｉ_４が図示されている。４個のアクチュエータＩ_１，…，Ｉ_ｉ，…，Ｉ_４は、並列に設置され、第１の実施の形態の第１の変形によれば、それらの各々と直列に設置された制御可能な選択開閉器Ｋ_ｉによって順々に選択される。片側だけが電気的に孤立化された噴射器、換言すれば、ピエゾ電気セルの２つの電極の１つが金属アースすなわち一定電位に接続される場合には、噴射器の２つの端子の１つは、金属アースに接続される。開閉器Ｋ_ｉは、エンジンの該当するシリンダの燃料供給を確保するための動作の間に開口しているべきピエゾ電気噴射器に応じて噴射計算機からの論理信号によって制御され、従って変換器の高直流電圧ｖ_ｓが、その噴射器へ正確に接続される。

ピエゾ電気セルの２つの電極が共に電気的に孤立化されている噴射器、すなわち、各セルの２つの電極が金属アースから孤立化された噴射器の場合には、アクチュエータ加振回路において、噴射器Ｉ_ｉと選択開閉器Ｋ_ｉの順序を逆にすることもできる。従って、噴射器の両側が電気的に孤立化された、第１の実施の形態の第２の変形による図２に示されているように、噴射器の端子を共振インダクタンスＬへ直接接続し、開閉器Ｋ_１〜Ｋ_４の端子の１つを一括して接続することができる。

異なる開閉器の制御に応じた、制御回路の動作は以下のとおりである。第１段階においては、噴射計算機から送り出される制御信号は、一方では、選択された噴射器Ｉ_ｉに接続された選択開閉器Ｋ_ｉを閉鎖させ、他方では、第１のアームの第１の開閉器ｐ_２と第２のアームの第２の開閉器ｐ_３とからなる、ブリッジ開閉器の第１の対を同時に閉鎖させる。かくして、第１のアームの中央点ｊ_１をコンバータＣの端子Ｂ_２へ接続し、第２のアームの中央点ｊ_２をコンバータＣの端子Ｂ_１へ接続する。同時に、上記の２つのアームのその他の２つの開閉器からなる第２の対が開放される。この時間の間に、共振インダクタンスＬとアクチュエータＩ_ｉとによって構成される、共振回路の端子における電圧ｖ_２は正であり、最大値はｖ_ｓに等しい。次いで、第２段階においては、制御信号は、開閉器ｐ_３とｐ_２を開放し、開閉器ｐ_１とｐ_４を同時に閉鎖させる。かくして、第１のアームの中央点ｊ_１をコンバータＣの端子Ｂ_１へ接続し、第２のアームの中央点ｊ_２をコンバータＣの端子Ｂ_２へ接続する。このようにして、共振回路の端子における電圧ｖ_２は負になり、最小値は−ｖ_ｓに等しい。これらの２つの段階は、１００μｓ〜８ｍｓの間の、噴射持続時間中に多数回繰返される。従って、噴射器Ｉ_ｉの端子における電圧ｖ_ｃｉは、最大値と最小値の間で振動する、高電圧、高周波数の正弦信号である。噴射計算機は、引き続いて、熱エンジンの動作のために定められた順番で、並列に設置されたその他の噴射器Ｉ_ｉを次々に制御する。

図３に示された第２の実施の形態によれば、４つの噴射器Ｉ_ｉは、それぞれ２個づつリレーＲ_１、Ｒ_２によって接続される。リレーＲ_１、Ｒ_２は、それぞれ選択開閉器Ｋ_１、Ｋ_２の一端に接続され、選択開閉器Ｋ_１、Ｋ_２の他端は、次々に各噴射器と振動回路を構成するための共振インダクタンスＬに接続される。噴射計算機は、先ず最初にリレーを操作し、次いで、制御する噴射器を選択するために、同時に選択開閉器とブリッジ開閉器を操作する。

制御装置の動作は以下のとおりである。噴射器Ｉ_１を励起するために、噴射計算機は、先ず最初に噴射器の選択手段を操作する。すなわち、アクチュエータＩ_１を共振インダクタンスＬに接続するために、リレーＲ_２が静止位置にあるときに、リレーＲ_１を噴射器Ｉ_１に向けて静止させ、同じく開閉器Ｋ_１を閉鎖させ開閉器Ｋ_２を開放させる。次いで、噴射計算機は、第１段階において、同時に、第１のアームのブリッジ開閉器ｐ_２と第２のアームのブリッジ開閉器ｐ_３を閉鎖させ、一方、その他の開閉器ｐ_１、ｐ_４を開放させる。第２段階においては、噴射計算機は、４つの開閉器を逆の位置に置き換える。かくして、アクチュエータＩ_１の端子における電圧ｖ_ｃｉは、極値＋ｖ_ｓと−ｖ_ｓとの間で振動する正弦振動であり、一方他の３つの噴射器は電圧を受けない。各選択開閉器の閉鎖持続時間は、噴射時間に対応し、４噴射器のエンジンについて、１００μｓ〜５ｍｓの間で変更可能である。アクチュエータと、関連する共振インダクタンスとによって形成される、共振回路の端子における正弦信号ｖ_２の周期Ｔ_Ｐｉは、噴射器の構造に専ら依存し、共振周波数Ｆ_Ｐｉは、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの間で変化する。

リレーＲ_２は既に静止位置にあるので、アクチュエータＩ_３の励起は、選択開閉器Ｋ_１の開放と、選択開閉器Ｋ_２の閉鎖によって得られ、従って、共振インダクタンスＬと噴射器Ｉ_３によって構成される共振回路の端子における電圧ｖ_２は共振を引き起こす。噴射器Ｉ_３の端子における電圧ｖ_ｃ３の信号は、引き続く各瞬間の間における高電圧及び高周波数の正弦信号である。

リレーの静止位置から動作位置への変更時間は、開閉器の開放または閉鎖時間に比して長いので、計算機は、次の瞬間に噴射器Ｉ_２を励起することを可能にする目的で、第１のリレーＲ_１の動作位置への変更を操作する。このようにして、リレーＲ_２が噴射器Ｉ_３への静止位置に未だ向けられているときに、リレーＲ_１は動作位置へ変更され、同時に、開閉器Ｋ_１が開放されているときに、開閉器Ｋ_２は閉鎖される。以下同様にして、４個のアクチュエータについて操作される。

上述のように、実施の形態の１変形においては、アクチュエータの２つの電極が共に直流電気的に孤立化されおり、従って、アクチュエータの端子が共振インダクタンスＬへ直接接続される場合には、アクチュエータの位置を、選択手段の位置に対して、逆にすることができる。

図４に示された第３の実施の形態によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータは、単一の直流出力電圧ｖ_ｓを発生し、制御装置は、交互に操作可能な、直列の２つのブリッジ開閉器ｐ_１及びｐ_２によって構成される１つの第１のアームと、交互に操作可能で、コンバータＣの２つの端子Ｂ_１とＢ_２の間に第１のアームに並列に設置された、直列の２つのブリッジ開閉器ｐ_３ｊ、ｐ_４ｊによってそれぞれ構成される２つの第２のアームとを含んでなる。ここに、添字ｊは、１〜２の間を変化する整数である。

第１のアームの中央点ｊ_１は、各々共振インダクタンスＬ_１とＬ_２の１つにそれぞれ接続された、一方では２つのアクチュエータＩ_１とＩ_２のグループによって、他方ではＩ_３とＩ_４のグループによって構成された負荷を介して、各第２のアームの中央点ｊ_２ｊと接続される。

図４に正確に示すケースにおいては、第１のアームの中央点ｊ_１を第２のアームの２つの中央点ｊ_２ｊと接続する負荷は、それぞれ共振インダクタンスＬ_１とＬ_２の１つに接続され、それぞれリレーＲ_１とＲ_２に接続された、並列なアクチュエータＩ_１とＩ_２、Ｉ_３とＩ_４の対の１つによって構成される。

この実施の形態の１つの変形においては、並列に設置された第１のアームの中央点と第２のアームの中央点を接続する負荷は、並列に設置され、それぞれが、それぞれ共振インダクタンスＬ_ｉに接続された制御可能な選択開閉器Ｋ_ｉに接続された、２つのアクチュエータ、例えばＩ_１とＩ_２及びＩ_３とＩ_４によって構成される。ここに、添字ｉは１〜４の間で変わる整数である。

この制御装置の動作は、噴射計算機に依存する。噴射計算機は、電圧源Ｂから生じた電圧が、噴射器Ｉ_ｉ及び結合された共振インダクタンスによって形成され、噴射計算機によって操作される振動回路の方形交流電圧による励起の実現を可能にするように、リレーまたは選択開閉器を順々に操作する。

図５に示された第４の実施の形態は、単一の直流出力電圧ｖ_ｓを発生するＤＣ−ＤＣコンバータによって実現され、一方では１個の第１のアームを有し、他方では４個の第２のアームを有する、本発明による制御装置に関する。第１のアームは、コンバータの２つの端子Ｂ_１とＢ_２の間に並列に設置され、交互に操作可能な直列の２つのブリッジ開閉器ｐ_１、ｐ_２によって構成される。４個の第２のアームは、それぞれ直列の２つのブリッジ開閉器ｐ_３ｉ、ｐ_４ｉの各々で構成される。ここに、添字ｉは、１〜４の間で変わる整数である。第１のアームの中央点ｊ_１は、第２のアームの中央点ｊ_２ｉと、負荷インダクタンスＬ_ｉに接続されたアクチュエータＩ_ｉによって構成される負荷を介して接続される。

装置の動作は、噴射計算機によって操作される。噴射計算機は、例えばアクチュエータＩ_ｉを励起する際に、第１のアームの開閉器ｐ_２の閉鎖と、アクチュエータＩ_ｉに接続された第２のアームの開閉器ｐ_３ｉの閉鎖を指令し、第１段階においては、第１のアームの開閉器ｐ_１の開放と、第２のアームの開閉器ｐ_４ｉの開放を同時に指令する。次いで、第２段階においては、上記の開閉器の指令を逆転させ、アクチュエータＩ_ｉとそれに連結された共振インダクタンスＬ_ｉとによって構成される振動回路に、励起電圧を発生させる。これらの２つの段階は、噴射持続時間の間、所定の回数繰り返される。

図６に示された、この場合もＤＣ−ＤＣコンバータは、単一の直流出力電圧ｖ_ｓを発生する、本発明による制御装置の第５の実施の形態によれば、制御装置は２つの第１のアームと、２つの第２のアームを有する。２つの第１のアームは、コンバータＣの２つの端子Ｂ_１とＢ_２の間に並列に設置され、交互に操作可能な直列の２つのブリッジ開閉器ｐ_１、ｐ_２とｐ_１′、ｐ_２′によって構成される。２つの第２のアームは、直列の２つのブリッジ開閉器ｐ_３、ｐ_４とｐ_３′、ｐ_４′によって構成される。これらのアームは、次のようなものである。すなわち、第１のアームの各々の中央点ｊ_１１とｊ_１２は、それぞれ交互に負荷インダクタンスＬ_１、Ｌ_２へ接続される並列な２つのアクチュエータＩ_１とＩ_２、Ｉ_３とＩ_４によって構成される負荷を介して、それぞれ第２のアームの中央点ｊ_２１とｊ_２２へ接続される。図６によれば、２つのアクチュエータは、リレーＲ_１またはＲ_２の１つを介して共振インダクタンスへ接続されているが、交互に操作可能な選択開閉器を介して接続することもできる。

２つの電極が共に直流電気的に孤立化されたアクチュエータについては、トポロジーの変形により、アクチュエータの位置と選択手段の位置を逆にすることが可能である。

動作させるために、噴射計算機は、励起するアクチュエータ、例えばＩ_１に対応するリレーまたは開閉器を操作し、次いで、第１段階においては、上記アクチュエータの１つの端子をコンバータの端子Ｂ_２へ接続する第１のアームのブリッジ開閉器ｐ_２の閉鎖を指令し、同様に、上記アクチュエータの他の１つの端子をコンバータの端子Ｂ_１へ接続する第２のアームのブリッジ開閉器ｐ_３の閉鎖を指令する。第２段階においては、上記の開閉器の指令を逆転させ、アクチュエータとその共振インダクタンスとによって構成される振動回路を励起する周期信号を得る。これらの２つの段階は、噴射持続時間の間、多数回繰り返される。

本発明の第２の構造によれば、超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置は、共通の参照端子Ｂ_０と、２つの端の端子Ｂ_１、Ｂ_２の間に２つの直流出力電圧Ｖ_Ｓ１、Ｖ_Ｓ２を発生する、ＤＣ−ＤＣコンバータを有する。端子Ｂ_１、Ｂ_２と並列に、交互に操作可能な２つの開閉器によって構成される少なくとも１つのブリッジのアームが接続される。ブリッジの中央点は、共振インダクタンスに直列に接続された少なくとも１つのアクチュエータからなる負荷を介して、参照端子Ｂ_０へ接続される。３つの端子Ｂ_０、Ｂ_１、Ｂ_２は、バッテリーに対してフローティング状態に取り付けてもよいし、そうでなくてもよい。

図７は、この第２の構造による第１の実施の形態を示す。この実施の形態によれば、装置は、交互に操作可能な直列の２つの開閉器Ｐ_１、Ｐ_２によって構成される、１つのアームを有する。２つの開閉器Ｐ_１、Ｐ_２は、コンバータＣの出力端子Ｂ_１、Ｂ_２に並列に接続され、その中央点Ｊは、１つの共振インダクタンスＬへ交互に直列に接続される４つのアクチュエータＩ_ｉを介して、参照端子Ｂ_０へ接続される。ここに、添字ｉは、１〜４の間で変わる整数である。

図７に示す変形によれば、第１の端子がアームの中央点Ｊへ接続された４つのアクチュエータＩ_ｉの各々は、その他方の端子が、交互に操作可能な開閉器Ｋ_ｉを介して共振インダクタンスＬの一端へ接続され、共振インダクタンスＬの他端の端子はコンバータＣの参照端子Ｂ_０へ接続される。２つの電極が共に直流電気的に孤立化されたアクチュエータについては、アクチュエータの位置と選択手段の位置を逆にすることが可能である。

図８に示す他の１つの変形によれば、第１の端子がアームの中央点Ｊへ接続された４つのアクチュエータＩ_ｉは、２つずつ、各々が操作可能な選択開閉器Ｋ_ｊへ接続された操作可能なリレーＲ_ｊへ接続することが可能である。選択開閉器Ｋ_ｊ自身は、他方の端子がコンバータＣの参照端子Ｂ_０へ接続された共振インダクタンスＬの第１の端子へ接続される。ここに、添字ｊは、１〜２の間を変化する整数である。

異なる開閉器の制御に応じた、図７に示す第１の変形による制御回路の動作は以下のとおりである。噴射器Ｉ_ｉを励起する目的で噴射計算機から発生される制御信号は、最初に、対応する選択開閉器Ｋ_ｉを閉鎖させる。次いで、第１段階において、制御信号は、第１のブリッジ開閉器Ｐ_２の閉鎖と、第２のブリッジ開閉器Ｐ_１の開放を同時に操作する。その結果、アクチュエータと、連結された共振インダクタンスとによって形成された振動回路の両端子間の電圧ｖ_２は、電圧Ｖ_Ｓ２に等しくなる。また、第２段階においては、制御信号は、上記の開閉器の反対の位置への置き換えを操作し、その結果電圧ｖ_２は、電圧Ｖ_Ｓ１に等しくなる。これらの２つの段階は、噴射持続時間の間、引き続いて多数回繰り返される。

図９は、この第２の構造による第２の実施の形態を示す。この実施の形態によれば、装置は、並列に設置された２つのアームを有する。２つのアームの各々は、交互に操作可能な直列の２つのブリッジ開閉器Ｐ_１ｊ、Ｐ_２ｊで構成され、その中央点Ｊ_ｊは、交互に共振インダクタンスＬ_ｊへ直列に接続される、並列な２つのアクチュエータＩ_ｉで構成される負荷を介して参照端子Ｂ_０へ接続される。ここに、添字ｊは、１〜２の間を変化する整数である。この図に示すケースにおいては、第１の端子が、少なくとも第１のアームの中央点Ｊ_ｊへ接続された４つのアクチュエータＩ_ｉの各々は、その他方の端子に、制御可能な選択開閉器Ｋ_ｉを介して、共振インダクタンスＬ_ｊの一方の端子が交互に接続され、共振インダクタンスＬ_ｊの他方の端子は、コンバータＣの参照端子Ｂ_０へ接続されている。

図１０に示す、この実施の形態の変形によれば、第１の端子が、少なくとも第１のアームの中央点Ｊ_ｊへ接続された４つのアクチュエータＩ_ｉは、２つずつ、他方の端子がコンバータＣの参照端子Ｂ_０へ接続された共振インダクタンスＬ_ｊの一方の端子へ、操作可能なリレーＲ_ｊを介して接続される。

図１１に示す、この第２の構造の第３の実施の形態によれば、制御装置は４つのアームを有する。これらのアームの各々は、交互に操作可能で、２つの端子Ｂ_１、Ｂ_２の間に並列に設置された、直列の２つのブリッジ開閉器Ｐ_１ｉ、Ｐ_２ｉから構成され、その中央点Ｊ_ｉは、共振インダクタンスＬ_ｉと直列なアクチュエータＩ_ｉによって構成される負荷を介して、参照端子Ｂ_０に接続される。

本発明の本質的な特徴によれば、アクチュエータの選択開閉器Ｋは、電流で双方向に制御可能であり、このため、直列または並列に設置された２つの半導体から作成することができる。これは、例えば、直列に設置されたＭＯＳＦＥＴ型の２つのトランジスタでもよい。

アクチュエータ選択用のリレーＲは、電気機械式で、単安定の、静止位置接点と動作位置接点を有する形式のものである。

ブリッジ開閉器ｐ及びＰに関しては、これらがＤＣ−ＤＣコンバータの直後に設けられるなら、ダイオードを逆方向接続するという条件で、これらはＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴまたはその他のトランジスタである。

本発明の第２の対象は、上述の種々のトポロジーに応じて、それらの動作と共に説明したような、少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置の使用方法である。

ＤＣ−ＤＣコンバータが、２つの端子Ｂ_１とＢ_２の間に高直流電圧ｖ_ｓを発生する単一の出力を有する第１の構造によれば、この方法は、制御計算機が、一方では、上記アクチュエータに接続された選択手段の閉鎖を、他方では、第１段階においては、第１のアームの第１の開閉器と第２のアームの第２の開閉器とから構成される、ブリッジ開閉器の第１の対の閉鎖と、上記第１のアームの第２の開閉器と上記第２のアームの第１の開閉器とから構成されるブリッジ開閉器の第２の対の開放とを同時に操作し、第２段階においては、上記アクチュエータと、上記アクチュエータに連結された上記共振インダクタンスとによって形成される共振回路の端子に正弦波電圧を得るように、４つの上記開閉器を逆の位置に置き換える操作をし、これらの２つの段階は、上記アクチュエータの動作持続時間の間所定回数繰り返され、上記直流電圧源から、上記ピエゾ電気アクチュエータに対して、高電圧、高周波数の信号を生成することを特徴とする。

共通の参照端子Ｂ_０と、２つの端の端子Ｂ_１、Ｂ_２の間に２つの直流出力電圧Ｖ_Ｓ１、Ｖ_Ｓ２を発生する、ＤＣ−ＤＣコンバータを有する、超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置の第２の構造によれば、この方法は、与えられたアクチュエータの１つの操作のために、制御計算機が、一方では、上記アクチュエータに接続された選択手段の閉鎖を、他方では、第１段階においては、第１のアームの第１のブリッジ開閉器の閉鎖と第２のブリッジ開閉器の開放とを同時に操作し、第２段階においては、上記アクチュエータと、上記アクチュエータに連結された上記共振インダクタンスとによって形成される共振回路の端子に正弦波電圧を得るように、２つの上記開閉器を逆の位置に置き換える操作をし、これらの２つの段階は、上記アクチュエータの動作持続時間の間所定回数繰り返され、上記直流電圧源から、上記ピエゾ電気アクチュエータに対して、高電圧、高周波数の信号を生成することを特徴とする。

Claims (21)

1. 直流電圧源による、制御計算機から電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置において、電圧源から給電され、２つの端子（Ｂ_１、Ｂ_２）の間に、少なくとも１つの直流出力電圧（ｖ_ｓ）を発生するＤＣ−ＤＣコンバータを有し、上記端子に並列に、ブリッジの少なくとも２つのアームが接続され、各上記アームは交互に操作可能な直列の２つの開閉器によって構成され、上記アームの中央点は、共振インダクタンスと直列な少なくとも１つのアクチュエータによって構成される負荷を介して、上記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力の２つの上記端子へ交互に接続されることを特徴とする、電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
2. 上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、単一の直流出力電圧（ｖ_ｓ）を発生し、上記制御装置は、交互に操作可能な２つのブリッジ開閉器から構成される、ブリッジの少なくとも１つの第１のアームと、各々が交互に操作可能な２つのブリッジ開閉器から構成され、上記ＤＣ−ＤＣコンバータの２つの上記端子（Ｂ_１、Ｂ_２）の間に、上記第１のアームと並列に設置された、ブリッジの少なくとも２つの第２のアームとを含んでなり、各上記第１のアームの中央点は、共振インダクタンスに接続された少なくとも１つのアクチュエータ（Ｉ_ｉ）によって構成される負荷を介して、少なくとも１つの上記第２のアームの中央点へ接続されることを特徴とする、請求項１に記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
3. 上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、単一の直流出力電圧（ｖ_ｓ）を発生し、上記制御装置は、上記ＤＣ−ＤＣコンバータの２つの上記端子（Ｂ_１、Ｂ_２）の間に並列に設置され、各々が交互に操作可能な２つのブリッジ開閉器（ｐ_１、ｐ_２）、（ｐ_１′、ｐ_２′）から構成された２つの上記第１のアームと、各々が２つのブリッジ開閉器（ｐ_３、ｐ_４）、（ｐ_３′、ｐ_４′）からそれぞれ構成された２つの上記第２のアームとを含んでなり、各上記第１のアームの中央点（ｊ_１１，ｊ_１２）は、交互に負荷インダクタンス（Ｌ_１、Ｌ_２）へ接続される、並列な２つの上記アクチュエータ（Ｉ_ｉ）によって構成される負荷を介して、上記第２のアームの中央点（ｊ_２１、ｊ_２２）へ接続されることを特徴とする、請求項２に記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
4. 上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、単一の直流出力電圧（ｖ_ｓ）を発生し、上記制御装置は、上記ＤＣ−ＤＣコンバータの２つの上記端子（Ｂ_１、Ｂ_２）の間に並列に設置され、交互に操作可能な２つのブリッジ開閉器（ｐ_１、ｐ_２）から構成されたブリッジの１つの上記第１のアームと、２つのブリッジ開閉器（ｐ_３ｊ、ｐ_４ｊ）からそれぞれ構成されたブリッジの２つの第２のアームとを含んでなり、上記第１のアームの中央点（ｊ_１）は、交互に負荷インダクタンス（Ｌ）へ接続される、並列な２つのアクチュエータ（Ｉ_ｉ）によって構成される負荷を介して、上記第２のアームの中央点（ｊ_２ｊ）へ接続されることを特徴とする、請求項２に記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
5. 上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、単一の直流出力電圧（ｖ_ｓ）を発生し、上記制御装置は、上記ＤＣ−ＤＣコンバータの２つの上記端子（Ｂ_１、Ｂ_２）の間に並列に設置され、交互に操作可能な２つのブリッジ開閉器（ｐ_１、ｐ_２）から構成されたブリッジの１つの第１のアームと、２つのブリッジ開閉器（ｐ_１ｉ、ｐ_２ｉ）からそれぞれ構成されたブリッジの４つの第２のアームとを含んでなり、上記第１のアームの中央点（ｊ_１）は、負荷インダクタンス（Ｌ_ｉ）へ接続されたアクチュエータ（Ｉ_ｉ）によって構成される負荷を介して、上記第２のアームの中央点（ｊ_２ｉ）へ接続されることを特徴とする、請求項２に記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
6. 上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、単一の直流出力電圧（ｖ_ｓ）を発生し、上記制御装置は、交互に操作可能な２つの開閉器（ｐ_１、ｐ_２）から構成され、上記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力上記端子（Ｂ_１、Ｂ_２）の間に並列に接続された、ブリッジの１つの第１のアームを含んでなり、上記第１のアームの中央点（ｊ_１）は、交互に操作可能な２つの開閉器（ｐ_３、ｐ_４）から構成され、上記第１のアームに並列の設置された、ブリッジの第２のアームの中央点（ｊ_２）へ、１つの共振インダクタンス（Ｌ）へ交互に接続される、並列な４つのアクチュエータ（Ｉ_ｉ）からなる負荷を介して接続されることを特徴とする、請求項１に記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
7. 一方の端子が、並列に設置された２つの上記アームのうちの１つの中央点へ接続された４つの上記アクチュエータ（Ｉ_ｉ）の各々は、その他方の端子が上記共振インダクタンス（Ｌ）の一方の端子へ、交互に操作可能な選択開閉器（Ｋ_ｉ）を介して接続され、上記共振インダクタンス（Ｌ）の他方の端子は、２つの上記アームのうちの他の１つの中央点へ接続される、ことを特徴とする、請求項６に記載の、電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
8. 一方の端子が、並列に設置された２つのアームのうちの１つのアームの中央点へ接続された上記アクチュエータ（Ｉ_ｉ）は、２つずつ、交互に操作可能な選択開閉器（Ｋ_１、Ｋ_２）へ接続された操作可能なリレー（Ｒ_１、Ｒ_２）へ接続され、上記選択開閉器は、他方の端子が２つの上記アームのうちの他の１つのアームの中央点へ接続された共振インダクタンス（Ｌ）の一方の端子へ接続されることを特徴とする、請求項６に記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
9. ブリッジの上記第１のアームの中央点と、並列に設置されたブリッジの上記第２のアームの中央点とを連結する上記負荷は、共振インダクタンス（Ｌ_１、Ｌ_２）へ接続されたリレー（Ｒ_１、Ｒ_２）へ接続された並列な２つのアクチュエータ（Ｉ_ｉ）から構成されることを特徴とする、請求項３または４に記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
10. ブリッジの上記第１のアームの中央点と、並列に設置されたブリッジの上記第２のアームの中央点とを連結する上記負荷は、並列に設置され、各々が、共振インダクタンス（Ｌ_ｉ）へ接続された操作可能な選択開閉器（Ｋ_ｉ）へ接続された、２つのアクチュエータ（Ｉ_ｉ）から構成されることを特徴とする、請求項３または４に記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
11. 上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、２つの直流出力電圧（Ｖ_Ｓ１、Ｖ_Ｓ２）を発生し、上記制御装置は、ブリッジの並列な２つのアームを有し、添字ｊを１〜２の間を変化する整数として、２つの上記アームの各々は、交互に操作可能な２つのブリッジ開閉器（Ｐ_１ｊ、Ｐ_２ｊ）から構成され、上記アームの各々の中央点（Ｊ_ｊ）は、交互に共振インダクタンス（Ｌ_ｊ）へ直列に接続される、並列な２つのアクチュエータ（Ｉ_ｉ）から構成される負荷を介して参照端子（Ｂ_０）へ接続されることを特徴とする、請求項１に記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
12. 一方の端子がブリッジの少なくとも１つの上記アームの中央点（Ｊ）へ接続された４つの上記アクチュエータ（Ｉ_ｉ）の各々は、その他方の端子が、交互に操作可能な選択開閉器（Ｋ_ｉ）を介して上記共振インダクタンス（Ｌ_ｊ）へ接続され、上記共振インダクタンスの他の端子は上記コンバータの上記参照端子（Ｂ_０）へ接続されることを特徴とする、請求項１１に記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
13. 一方の端子がブリッジの少なくとも１つの上記アームの中央点（Ｊ、Ｊ_ｊ）へ接続された４つの上記アクチュエータ（Ｉ_ｉ）は、２つずつ、操作可能な２つのリレー（Ｒ_ｊ）へ接続され、上記リレー（Ｒ_ｊ）の各々は、共振インダクタンス（Ｌ）の一方の端子へ接続され、上記共振インダクタンス（Ｌ）の他方の端子は上記コンバータの上記参照端子（Ｂ_０）へ接続されたことを特徴とする、請求項１１に記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
14. 一方の端子がブリッジの少なくとも１つの上記アームの中央点（Ｊ、Ｊ_ｊ）へ接続された４つの上記アクチュエータ（Ｉ_ｉ）は、２つずつ、操作可能な２つのリレー（Ｒ_ｊ）へ接続され、上記リレー（Ｒ_ｊ）の各々は、交互に操作可能な選択開閉器（Ｋ_ｉ）へ接続され、上記選択開閉器（Ｋ_ｉ）は共振インダクタンス（Ｌ）の一方の端子へ接続され、上記共振インダクタンス（Ｌ）の他方の端子は上記コンバータの上記参照端子（Ｂ_０）へ接続されたことを特徴とする、請求項１１に記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
15. 上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、２つの直流出力電圧（Ｖ_Ｓ１、Ｖ_Ｓ２）を発生し、上記制御装置は、ブリッジの４つのアームを含んでなり、上記アームの各々は、交互に操作可能な２つのブリッジ開閉器（Ｐ_１ｉ、Ｐ_２ｉ）から構成され、２つの上記端子（Ｂ_１、Ｂ_２）の間に並列に設置され、上記アームの中央点（Ｊ_ｉ）は、共振インダクタンスＬ_ｉと直列なアクチュエータＩ_ｉによって構成される負荷を介して、参照端子Ｂ_０に接続されることを特徴とする、請求項１１に記載の、電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
16. 上記電圧源（Ｂ）は、低電圧のバッテリーまたは交流発電機であることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１つに記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
17. 上記アクチュエータの上記選択開閉器は、電流で双方向に制御可能であり、例えば直列に設置されたＭＯＳＦＥＴ型の２つのトランジスタである、直列または並列に設置された２つの半導体から作成することを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか１つに記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
18. 上記アクチュエータの選択用の上記リレーは、電気機械式で、単安定の、静止位置接点と動作位置接点を有する形式のものであることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか１つに記載の、電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
19. 上記ＤＣ−ＤＣコンバータの直後に設けられる上記ブリッジ開閉器（ｐ、Ｐ）は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴまたはその他のトランジスタであることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか１つに記載の、電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
20. 請求項１〜１０のいずれか１つに記載の、電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置の使用方法において、与えられたアクチュエータの１つの操作のために、制御計算機が、一方では、上記アクチュエータに接続された選択手段の閉鎖を、他方では、第１段階においては、第１のアームの第１の開閉器と第２のアームの第２の開閉器とから構成されるブリッジ開閉器の第１の対の閉鎖と、上記第１のアームの第２の開閉器と上記第２のアームの第１の開閉器とから構成されるブリッジ開閉器の第２の対の開放とを同時に操作し、第２段階においては、上記アクチュエータと、上記アクチュエータに連結された上記共振インダクタンスとによって形成される共振回路の端子に正弦波電圧を得るように、４つの上記開閉器を逆の位置に置き換える操作をし、これらの２つの段階は、上記アクチュエータの動作持続時間の間所定回数繰り返され、上記直流電圧源から、上記ピエゾ電気アクチュエータに対して、高電圧、高周波数の信号を生成することを特徴とする、超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置の使用方法。
21. 請求項１１〜１５のいずれか１つに記載の、電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置の使用方法において、与えられたアクチュエータの１つの操作のために、制御計算機が、一方では、上記アクチュエータに接続された選択手段の閉鎖を、他方では、第１段階においては、第１のアームの第１のブリッジ開閉器の閉鎖と第２の開閉器の開放とを同時に操作し、第２段階においては、上記アクチュエータと、上記アクチュエータに連結された上記共振インダクタンスとによって形成される共振回路の端子に正弦波電圧を得るように、２つの上記開閉器を逆の位置に置き換える操作をし、これらの２つの段階は、上記アクチュエータの動作持続時間の間所定回数繰り返され、上記直流電圧源から、上記ピエゾ電気アクチュエータに対して、高電圧、高周波数の信号を生成することを特徴とする、超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置の使用方法。

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