JP2006166649A - Piezoelectric-actuator driver - Google Patents

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Akikazu Kojima
昭和 小島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric-actuator driver capable of properly suppressing vibration at the time of a displacement of a piezoelectric element. <P>SOLUTION: The series circuit of a piezoelectric element Pa, a charge/discharge coil 46, a capacitor 42, and a charge switch 44; and the series circuit of a piezoelectric element Pa, a charge/discharge coil 46, and a discharge switch 50, are driven by a plurality times of on/off operation of the charge switch 44 and the discharge switch 50, to carry out the charge control and discharge control of the piezoelectric element Pa. When increasing/decreasing the electric current amount exchanged between the piezoelectric elements Pa by the on/off operation, the switching from the off-operation to the on-operation is arranged to be executed when the electric current amount becomes zero, after executing the switching before the current amount becomes zero. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ピエゾ素子の充電制御や放電制御を行なうピエゾアクチュエータの駆動装置に関する。   The present invention relates to a drive device for a piezoelectric actuator that performs charge control and discharge control of a piezoelectric element.

ピエゾアクチュエータは、多数の圧電素子を積層した積層体(ピエゾスタック)等のピエゾ素子が圧電効果により伸縮するアクチュエータであり、例えば、ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置において燃料噴射弁内に配設される。ピエゾアクチュエータは容量性の負荷であり、その充電と放電とで伸長状態と縮小状態とが切り替えられる。   A piezo actuator is an actuator in which a piezoelectric element such as a laminated body (piezo stack) in which a large number of piezoelectric elements are stacked is expanded and contracted by a piezoelectric effect. For example, in a common rail fuel injection device of a diesel engine, the piezoelectric actuator is disposed in a fuel injection valve. The The piezo actuator is a capacitive load, and can be switched between an expanded state and a contracted state by charging and discharging.

図14に示すように、ピエゾアクチュエータの充電制御や放電制御を行う駆動装置80は、ピエゾ素子Pa及びコイル82とバッテリBとの間に接続された充電スイッチ84と、ピエゾ素子Pa及びコイル82の直列回路に接続された放電スイッチ86とを操作する。具体的には、駆動装置80の駆動方式としては、上記充電スイッチ84や放電スイッチ86を高速で複数回オン・オフ操作する降圧チョッパ方式が採用されている(特許文献1)。以下、これについて図15を用いて詳述する。   As shown in FIG. 14, the drive device 80 that performs charge control and discharge control of the piezo actuator includes a charge switch 84 connected between the piezo element Pa and the coil 82 and the battery B, and the piezo element Pa and the coil 82. A discharge switch 86 connected to the series circuit is operated. Specifically, as a driving method of the driving device 80, a step-down chopper method in which the charging switch 84 and the discharging switch 86 are turned on and off at a plurality of times at high speed is employed (Patent Document 1). Hereinafter, this will be described in detail with reference to FIG.

図15(a)は、充電スイッチ84の操作態様の推移を、図15(b)は、放電スイッチ86の操作態様の推移を、図15(c)は、ピエゾ素子Paを介して流れる電流(ピエゾ素子Paに流入する電荷及びピエゾ素子Paから流出する電荷)の推移を、図15(d)は、ピエゾ素子Paの高電位となる側の電圧の推移を、図15(e)は、ピエゾ素子Paの変位の推移をそれぞれ示す。   15A shows the transition of the operation mode of the charge switch 84, FIG. 15B shows the transition of the operation mode of the discharge switch 86, and FIG. 15C shows the current flowing through the piezo element Pa (FIG. FIG. 15 (d) shows the change in the voltage at the high potential side of the piezo element Pa, and FIG. 15 (e) shows the change in the charge flowing into the piezo element Pa and the charge flowing out from the piezo element Pa. The transition of the displacement of the element Pa is shown respectively.

図示されるように、充電制御時には、ピエゾ素子Paを介して流れる電流量が予め設定された電流値(充電時の電流の上限値)に達することで充電スイッチ84がオン操作からオフ操作へと切り替えられる。また、放電制御時には、ピエゾ素子Paを介して流れる電流量が予め定められた電流値(放電時の電流の上限値)に達することで、放電スイッチ86がオン操作からオフ操作へと切り替えられる。一方、充電スイッチ84や放電スイッチ86がオフ操作からオン操作へと切り替えられるタイミングは、ピエゾ素子Paとの間でやり取りされる電流量が「0」となるときとされている(図中、ゼロクロス)。   As shown in the figure, at the time of charge control, the charge switch 84 changes from an on operation to an off operation when the amount of current flowing through the piezo element Pa reaches a preset current value (the upper limit value of the current during charging). Can be switched. Further, during the discharge control, the discharge switch 86 is switched from the on operation to the off operation when the amount of current flowing through the piezo element Pa reaches a predetermined current value (the upper limit value of the current during discharge). On the other hand, the timing at which the charge switch 84 and the discharge switch 86 are switched from the off operation to the on operation is when the amount of current exchanged with the piezo element Pa becomes “0” (in the figure, zero crossing). ).

ただし、上記態様にてオフ操作からオン操作への切り替えを行うと、充電制御時には、ピエゾ素子Paの伸長は上記電流量(ピエゾ素子Paに流入する電荷量)が「0」となったところで止まり、また、放電制御時には、ピエゾ素子Paの収縮は上記電流量(ピエゾ素子から流出する電荷量)が「0」となったところで止まる。そして、実際のピエゾ素子Paの変位の測定結果は、図15(e)に示すように、ピエゾ素子Paの慣性等のために電流ゼロのタイミングで変曲点を有した波打ち形状となる。ピエゾ素子Paがこのような態様にて変位すると、ピエゾ素子Paの伸縮によって駆動される駆動対象部品がこの波打ち形状の変位に連動することで振動するため、駆動対象部品の挙動が不安定となるおそれがある。例えば、ピエゾ素子Paが上記燃料噴射弁に備えられる場合には、駆動対象部品であるバルブ等の挙動が不安定となり、誤動作を引き起こしたり十分な噴射性能が出せない等のおそれがある。   However, when switching from the off operation to the on operation in the above mode, during charge control, the expansion of the piezo element Pa stops when the current amount (the amount of charge flowing into the piezo element Pa) becomes “0”. In the discharge control, the contraction of the piezo element Pa stops when the current amount (the amount of electric charge flowing out from the piezo element) becomes “0”. Then, as shown in FIG. 15E, the actual measurement result of the displacement of the piezo element Pa is a wavy shape having an inflection point at the timing of zero current due to the inertia of the piezo element Pa. When the piezo element Pa is displaced in such a manner, the drive target component driven by the expansion and contraction of the piezo element Pa vibrates in conjunction with the undulating displacement, so that the behavior of the drive target component becomes unstable. There is a fear. For example, in the case where the piezo element Pa is provided in the fuel injection valve, the behavior of a valve that is a drive target component becomes unstable, which may cause malfunction or fail to provide sufficient injection performance.

こうした問題を回避すべく、特許文献2のように、電流がゼロとなる前にオフ操作からオン操作に切り替えるものを採用することも考えられる。ただし、この場合、次のような不都合が無視し得ない。まず第1に、充電スイッチ84や放電スイッチ86のオン・オフ操作の間、電流量の大きなところでオフ操作からオン操作への切り替えがされつづけるために、操作の切り替えに起因した磁束の変化によるノイズ(電磁ノイズ)が大きくなる。第2に、電流量の大きなところでオフ操作からオン操作への切り替えがされつづけるために、充電スイッチ84や放電スイッチ86の素子寿命が短くなる。第3に、電流量の大きなところでオフ操作からオン操作への切り替えがされつづけると、ピエゾ素子Paの電圧の制御性が低下する。これは、上記オン・オフ操作にて充電制御や放電制御を行う場合、オフ操作に切り替えてから電流量がゼロとなるまでの総電流量を制御することができないことによる。上記のように電流量の大きなところでオフ操作からオン操作への切り替えがされつづけると、オン・オフ操作の終了時における電流量のピーク値も大きなものとなり、オン・オフ操作の終了時から電流量がゼロとなるまでの間の総電流量も大きなものとなる。これが、ピエゾ素子Paに印加される電圧の制御性を低下させるのである。
特開平11−317551号公報 欧州特許出願公開第1139447号明細書
In order to avoid such a problem, it is conceivable to employ one that switches from an off operation to an on operation before the current becomes zero, as in Patent Document 2. However, in this case, the following inconvenience cannot be ignored. Firstly, during the on / off operation of the charge switch 84 and the discharge switch 86, since the switching from the off operation to the on operation is continued at a large current amount, noise due to a change in magnetic flux caused by the operation switching (Electromagnetic noise) increases. Second, since the switching from the off operation to the on operation is continued at a large current amount, the element life of the charge switch 84 and the discharge switch 86 is shortened. Thirdly, if the switching from the off operation to the on operation is continued at a large current amount, the controllability of the voltage of the piezo element Pa is degraded. This is because when charge control and discharge control are performed by the on / off operation, the total current amount from when the operation is switched to the off operation until the current amount becomes zero cannot be controlled. As described above, if switching from the off operation to the on operation is continued at a large current amount, the peak value of the current amount at the end of the on / off operation also becomes large, and the current amount from the end of the on / off operation. The total amount of current until becomes zero becomes large. This reduces the controllability of the voltage applied to the piezo element Pa.
JP-A-11-317551 European Patent Application No. 1139447

本発明が解決しようとする課題は、ピエゾ素子の変位に際し、振動を適切に抑制することが困難なことにある。   The problem to be solved by the present invention is that it is difficult to appropriately suppress vibration when the piezoelectric element is displaced.

以下、こうした目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。   In the following, means for achieving these objects and their effects are described.

手段1では、アクチュエータとして機能するピエゾ素子とコイルとの直列回路を流れる電流量の増加制御及び減少制御を繰り返すことで、前記ピエゾ素子を充電するピエゾアクチュエータの駆動装置において、前記減少制御から前記増加制御への切り替えを、前記充電の初期に前記電流量がゼロとなる前に行い、その後、ゼロとなることで行う制御手段を備えるようにした。   In the means 1, in the driving device of the piezo actuator for charging the piezo element by repeating the increase control and decrease control of the amount of current flowing through the series circuit of the piezo element and the coil functioning as the actuator, the increase from the decrease control to the increase is performed. Switching to control is performed before the amount of current becomes zero in the initial stage of the charging, and thereafter, control means is provided that becomes zero.

手段2では、手段1において、前記制御手段は、前記ピエゾ素子、前記コイル及び給電手段の直列回路の途中に接続された充電スイッチのオン操作により、前記ピエゾ素子、前記コイル、前記充電スイッチ及び前記給電手段が直列接続された閉ループ回路を用いて前記増加制御を行い、前記充電スイッチのオフ操作により、前記ピエゾ素子、前記コイル及び整流手段が直列接続された閉ループ回路を用いて前記減少制御を行うようにした。   In the means 2, in the means 1, the control means is configured to turn on a charge switch connected in the middle of a series circuit of the piezo element, the coil and the power feeding means, and thereby the piezo element, the coil, the charge switch, and the The increase control is performed using a closed loop circuit in which power supply units are connected in series, and the decrease control is performed using a closed loop circuit in which the piezo element, the coil, and the rectifier unit are connected in series by turning off the charging switch. I did it.

なお、上記手段1及び手段2の電流量は、ピエゾ素子に流入する電荷量に相当する。   The current amount of the means 1 and means 2 corresponds to the amount of charge flowing into the piezo element.

手段3では、アクチュエータとして機能するピエゾ素子とコイルとの直列回路を流れる電流量の増加制御及び減少制御を繰り返すことで、前記ピエゾ素子を放電するピエゾアクチュエータの駆動装置において、前記減少制御から前記増加制御への切り替えを、前記放電の初期に前記電流量がゼロとなる前に行い、その後、ゼロとなることで行う制御手段を備えるようにした。   The means 3 repeats the increase control and the decrease control of the amount of current flowing through the series circuit of the piezo element functioning as an actuator and the coil, so that the piezo actuator drive device that discharges the piezo element increases the increase from the decrease control. Switching to control is performed before the amount of current becomes zero at the initial stage of the discharge, and thereafter, control means is provided that becomes zero.

手段4では、手段3において、前記制御手段は、前記ピエゾ素子及び前記コイルの直列回路に接続された放電スイッチのオン操作により、前記ピエゾ素子、前記コイル及び前記放電スイッチが直列接続された閉ループ回路を用いて前記増加制御を行い、前記放電スイッチのオフ操作により、前記ピエゾ素子、前記コイル、整流手段及び前記ピエゾ素子の充電のための給電手段が直列接続された閉ループ回路を用いて前記減少制御を行うようにした。   In the means 4, in the means 3, the control means is a closed loop circuit in which the piezo element, the coil and the discharge switch are connected in series by turning on a discharge switch connected to the series circuit of the piezo element and the coil. The decrease control is performed using a closed loop circuit in which the piezoelectric element, the coil, the rectifying means, and the power supply means for charging the piezoelectric element are connected in series by turning off the discharge switch. To do.

なお、上記手段3及び手段4の電流量は、ピエゾ素子から流出する電荷量に相当する。   The current amount of the means 3 and means 4 corresponds to the amount of electric charge flowing out from the piezo element.

電流量を増減させる際には、その初期において、電流量の増加制御への切り替えによって、ピエゾ素子を介して流れる電流量は、迅速に大きな値となる。換言すれば、電流の増加速度が大きい。このため、ピエゾ素子の変位量も大きなものとなっている。したがって、このときに減少制御から増加制御への切り替えが上記電流量がゼロとなるタイミングで行われると、ピエゾ素子の振動が顕著なものとなる。   When increasing or decreasing the current amount, the amount of current flowing through the piezo element quickly becomes a large value by switching to the increase control of the current amount at the initial stage. In other words, the rate of increase in current is large. For this reason, the amount of displacement of the piezoelectric element is also large. Therefore, if switching from the decrease control to the increase control is performed at the timing when the current amount becomes zero at this time, the vibration of the piezo element becomes remarkable.

一方、上記振動を抑制すべく、充電制御や放電制御の間中、減少制御から増加制御への切り替えを、電流量がゼロとなる前に行うと、様々な問題が生じることは上述したとおりである。   On the other hand, as described above, if switching from decrease control to increase control is performed before the amount of current becomes zero during charging control and discharging control in order to suppress the vibration, as described above. is there.

この点、上記手段1〜4では、上記電流量の増減制御の初期において、減少制御から増加制御への切り替えを、電流量がゼロとなる前に行うことで、ピエゾ素子の振動を好適に抑制することができる。また、その後、減少制御から増加制御への切り替えを、電流量がゼロとなることで行うようにすることで、この切り替えを充電制御や放電制御の間継続して電流量がゼロとなる前に行う場合に生じる諸問題を好適に抑制することも可能となる。したがって、手段1では、ピエゾ素子の変位に際し、振動を適切に抑制することができる。   In this respect, in the above means 1 to 4, in the initial stage of the current amount increase / decrease control, the switching from the decrease control to the increase control is performed before the current amount becomes zero, thereby suitably suppressing the vibration of the piezo element. can do. After that, switching from decrease control to increase control is performed when the current amount becomes zero, so that this switching is continued during charge control and discharge control before the current amount becomes zero. It is also possible to suitably suppress various problems that occur when performing. Therefore, the means 1 can appropriately suppress vibration when the piezo element is displaced.

手段5では、手段1〜4のいずれかにおいて、前記制御手段は、前記増加制御から前記減少制御への切り替えを、前記増加制御としてから所定期間経過するときに行うようにした。   In means 5, in any one of means 1 to 4, the control means performs switching from the increase control to the decrease control when a predetermined period elapses after the increase control.

増減制御を繰り返す場合、増減制御の開始直後と比較して後期では、電流量の増加速度が低下する。更に、場合によっては、増加制御を続ける際、電流量が一旦上昇した後低下し始めることもある。   When the increase / decrease control is repeated, the rate of increase in the current amount decreases in the latter period compared to immediately after the start of the increase / decrease control. Further, in some cases, when the increase control is continued, the current amount may once increase and then start to decrease.

この点、上記構成によれば、増加制御から減少制御への切り替えを、増加制御としてから所定期間経過するときに行うことで、充電制御や放電制御を好適に行うことができる。更に、上記構成では、増減制御が継続されればされるほど、電流量のピーク値は小さくなる傾向にある。このため、増減制御の終了時、最後に増加制御から減少制御へ切り替えた時の電流量が低減されるため、ピエゾ素子の電圧値等を所定に制御する際の制御精度を向上させることもできる。   In this regard, according to the above configuration, the charge control and the discharge control can be suitably performed by switching from the increase control to the decrease control when the predetermined period has elapsed since the increase control. Further, in the above configuration, the peak value of the current amount tends to be smaller as the increase / decrease control is continued. For this reason, at the end of the increase / decrease control, the amount of current when the increase control is finally switched to the decrease control is reduced, so that it is possible to improve the control accuracy when the voltage value of the piezo element is controlled to a predetermined value. .

ちなみに、所定期間は、増加制御の後期において、増加制御によって増加した電流量が低下し始めるよりも短い期間とすることが望ましい。   Incidentally, it is desirable that the predetermined period is shorter than the amount of current increased by the increase control in the later stage of the increase control.

手段6では、手段1〜5のいずれかにおいて、前記制御手段は、前記増加制御から前記減少制御への切り替えを、前記電流量が所定の上限値に達するときに行うようにした。   In means 6, in any one of means 1 to 5, the control means switches from the increase control to the decrease control when the amount of current reaches a predetermined upper limit value.

上記構成によれば、上記電流量が過剰となることを好適に回避することができる。   According to the said structure, it can avoid suitably that the said electric current amount becomes excess.

特に、手段6が、手段5の構成を有する場合には、以下のような優れた作用効果を奏することができる。   In particular, when the means 6 has the structure of the means 5, the following excellent effects can be obtained.

増減制御の開始直後は、電流量の増加速度が大きなものとなる。このため、手段4によるように所定期間増加制御を行うとした場合、所定期間の設定態様によっては電流量が過剰となる懸念がある。そして、所定期間を短く設定することで、こうした懸念を回避する場合には、増減制御の後期において増加制御が過度に短くなり、電流量がほとんど上昇することがないまま減少制御へ切り替えられることがある。このため、充電制御や放電制御を適切に行うことができないことがある。   Immediately after the start of the increase / decrease control, the increase rate of the current amount becomes large. For this reason, when performing increase control for a predetermined period as by means 4, there is a concern that the amount of current becomes excessive depending on the setting mode of the predetermined period. If such a concern is avoided by setting the predetermined period short, the increase control becomes excessively short in the latter stage of the increase / decrease control, and the control can be switched to the decrease control with almost no increase in the current amount. is there. For this reason, charge control and discharge control may not be performed appropriately.

この点、上記構成では、増加制御から減少制御への切り替えを電流量が上限値まで達するときに行うことで、上述した懸念を回避することができる。   In this regard, in the above configuration, the above-described concern can be avoided by switching from increasing control to decreasing control when the amount of current reaches the upper limit.

なお、上記手段1〜6のいずれかにおいては、手段7によるように、前記制御手段は、前記増減制御の初期において、前記電流量が所定の下限値まで減少することで前記減少制御から前記増加制御への切り替えを行うようにしてもよい。   In any one of the means 1 to 6, as in the case of the means 7, the control means increases the current from the decrease control by decreasing the current amount to a predetermined lower limit value at the initial stage of the increase / decrease control. Switching to control may be performed.

手段8では、手段1〜7のいずれかにおいて、前記制御手段は、前記増減制御の回数、前記増減制御を行った時間、及び前記ピエゾ素子の電圧の少なくとも1つに基づき、前記減少制御から前記増加制御への切り替えを前記電流量がゼロとなることで行なうタイミングを決定するようにした。   In the means 8, in any one of the means 1 to 7, the control means starts from the decrease control based on at least one of the number of times of the increase / decrease control, the time when the increase / decrease control is performed, and the voltage of the piezo element. The timing for switching to increase control is determined when the amount of current becomes zero.

上記構成では、減少制御から増加制御への切り替えを電流量がゼロとなるタイミングで行ったときにピエゾ素子の振動が顕著なものとなる期間、換言すれば増減制御の初期の期間を適切に把握することができる。   In the above configuration, when switching from decrease control to increase control is performed at the timing when the amount of current becomes zero, the period during which the vibration of the piezo element becomes noticeable, in other words, the initial period of increase / decrease control is properly grasped. can do.

(第1の実施形態)
以下、本発明にかかるピエゾアクチュエータの駆動装置をディーゼルエンジンの燃料噴射弁が備えるアクチュエータの駆動装置に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which a drive device for a piezo actuator according to the present invention is applied to an actuator drive device provided in a fuel injection valve of a diesel engine will be described with reference to the drawings.

図1に、本実施形態のピエゾアクチュエータの駆動装置及びその周辺の部材の構成を示す。同図1に示されるように、本実施形態にかかるピエゾアクチュエータの駆動装置は、燃料噴射弁PIを駆動すべく、ピエゾ素子Paの充電制御及び放電制御を行なうものであり、中央処理装置等を有してディーゼルエンジンを制御する電子制御装置1と、ピエゾ素子Paを駆動するための専用のハードウェアである制御回路2とを備えて構成されている。ちなみに、電子制御装置1や制御回路2には、バッテリBから電力が供給される。   FIG. 1 shows a configuration of a driving device for a piezo actuator and peripheral members thereof according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the drive device for the piezo actuator according to the present embodiment performs charge control and discharge control for the piezo element Pa to drive the fuel injection valve PI. It has an electronic control device 1 that controls the diesel engine and a control circuit 2 that is dedicated hardware for driving the piezo element Pa. Incidentally, electric power is supplied from the battery B to the electronic control device 1 and the control circuit 2.

ここで、燃料噴射弁PIの構造について、図2に基づいて説明する。   Here, the structure of the fuel injection valve PI will be described with reference to FIG.

燃料噴射弁PIは、そのボディ10の先端に円柱状のニードル収納部12が設けられている。そして、ニードル収納部12には、その軸方向に変位可能なノズルニードル14が収納されている。ノズルニードル14は、ボディ10の先端部に形成されている環状のニードルシート部16に着座することで、ニードル収納部12を外部(ディーゼルエンジンの燃焼室)から遮断する一方、ニードルシート部16から離座することで、ニードル収納部12を外部と連通させる。また、ニードル収納部12には、(図示しない)コモンレールから高圧燃料通路18へ供給された高圧燃料が供給される。   The fuel injection valve PI is provided with a cylindrical needle storage portion 12 at the tip of the body 10 thereof. The needle storage section 12 stores a nozzle needle 14 that can be displaced in the axial direction. The nozzle needle 14 is seated on an annular needle seat portion 16 formed at the distal end portion of the body 10, thereby blocking the needle storage portion 12 from the outside (combustion chamber of a diesel engine), while from the needle seat portion 16. By separating, the needle storage portion 12 is communicated with the outside. Further, high pressure fuel supplied from a common rail (not shown) to the high pressure fuel passage 18 is supplied to the needle storage portion 12.

ノズルニードル14の背面側(ニードルシート部16と対向する側の反対側)は、背圧室20に対向している。背圧室20には、高圧燃料通路18からの燃料がオリフィス22を介して供給される。また、背圧室20には、ノズルニードル14をニードルシート部16側へ押すニードルスプリング24が備えられている。   The back side of the nozzle needle 14 (the side opposite to the side facing the needle seat portion 16) faces the back pressure chamber 20. Fuel from the high-pressure fuel passage 18 is supplied to the back pressure chamber 20 through the orifice 22. Further, the back pressure chamber 20 is provided with a needle spring 24 that pushes the nozzle needle 14 toward the needle seat portion 16 side.

背圧室20は、ボール26を介して低圧燃料通路28に連通可能とされている。ボール26は、その背面側が、環状のバルブシート部30に着座することで、低圧燃料通路28と背圧室20とを遮断し、ボディ10の先端側へ変位することで、低圧燃料通路28と背圧室20とを連通させる。   The back pressure chamber 20 can communicate with the low pressure fuel passage 28 via the ball 26. The ball 26 is seated on the annular valve seat portion 30 on the back side, so that the low pressure fuel passage 28 and the back pressure chamber 20 are blocked and displaced toward the front end side of the body 10. The back pressure chamber 20 is communicated.

ボール26のうちバルブシート部30側は、プレッシャピン32を介して小径ピストン34と連結されている。小径ピストン34の後部側は、小径ピストン34よりも径の大きな大径ピストン36の先端と対向している。そして、小径ピストン34、大径ピストン36、及びボディ10の内周面によって変位伝達室38が区画形成されている。変位伝達室38には、例えば燃料等の適宜の流体が充填されている。   The valve seat 30 side of the ball 26 is connected to a small diameter piston 34 via a pressure pin 32. The rear side of the small diameter piston 34 faces the tip of the large diameter piston 36 having a larger diameter than the small diameter piston 34. A displacement transmission chamber 38 is defined by the small diameter piston 34, the large diameter piston 36, and the inner peripheral surface of the body 10. The displacement transmission chamber 38 is filled with an appropriate fluid such as fuel.

一方、大径ピストン36は、そのボディ10の後方側が上記ピエゾ素子Paと連結されている。ちなみに、ピエゾ素子Paは、大径ピストン36と対向する側の裏面側がボディ10に固定されている。   On the other hand, the large-diameter piston 36 is connected to the piezo element Pa on the rear side of the body 10. Incidentally, the back surface of the piezo element Pa facing the large-diameter piston 36 is fixed to the body 10.

ピエゾ素子Paは、複数の圧電素子が積層されてなる積層体(ピエゾスタック)を備え、これが圧電効果により伸縮することによりアクチュエータとして機能する。具体的には、ピエゾ素子Paは、容量性の負荷であり、充電されることで伸長し、放電されることで縮小する。   The piezo element Pa includes a laminated body (piezo stack) formed by laminating a plurality of piezoelectric elements, and functions as an actuator by expanding and contracting due to the piezoelectric effect. Specifically, the piezo element Pa is a capacitive load, and expands when charged and shrinks when discharged.

ピエゾ素子Paへ電流が供給されずピエゾ素子Paが縮小状態にあるときには、高圧燃料通路18の高圧燃料により力が及ぼされることから、ボール26や小径ピストン34はボディ10の後方に位置することとなる。このとき、ボール26により背圧室20と低圧燃料通路28とは遮断されている。このため、背圧室20内の燃料圧力(コモンレール圧)及びニードルスプリング24によって、ノズルニードル14は、ボディ10先端側へと押され、ニードルシート部16に着座した状態(閉弁状態)となる。   When no current is supplied to the piezo element Pa and the piezo element Pa is in a contracted state, the force is exerted by the high-pressure fuel in the high-pressure fuel passage 18, so that the ball 26 and the small-diameter piston 34 are positioned behind the body 10. Become. At this time, the back pressure chamber 20 and the low pressure fuel passage 28 are blocked by the ball 26. For this reason, the nozzle needle 14 is pushed toward the distal end side of the body 10 by the fuel pressure (common rail pressure) in the back pressure chamber 20 and the needle spring 24, and is in a state of being seated on the needle seat portion 16 (valve closed state). .

一方、ピエゾ素子Paに電流が供給されることでピエゾ素子Paが伸長状態となると、ボール26は、ボディ10の先端側へ移動する。これにより、背圧室20が低圧燃料通路28と連通される。その結果、背圧室20内の燃料の圧力が低下し、ニードル収納部12内の高圧燃料がノズルニードル14をボディ10の後方へ押す力が、背圧室20内の燃料及びニードルスプリング24がノズルニードル14をボディ10の前方へ押す力よりも所定以上大きくなると、ノズルニードル14は、ニードルシート部16から離座した状態(開弁状態)となる。   On the other hand, when current is supplied to the piezo element Pa and the piezo element Pa is in an extended state, the ball 26 moves to the tip side of the body 10. As a result, the back pressure chamber 20 communicates with the low pressure fuel passage 28. As a result, the pressure of the fuel in the back pressure chamber 20 decreases, and the force that the high pressure fuel in the needle housing portion 12 pushes the nozzle needle 14 toward the rear of the body 10 causes the fuel in the back pressure chamber 20 and the needle spring 24 to move. If it becomes larger than the force which pushes the nozzle needle 14 to the front of the body 10 more than predetermined, the nozzle needle 14 will be in the state (valve open state) separated from the needle seat part 16. FIG.

次に、ピエゾ素子Paの充電制御及び放電制御を行うための回路及び駆動装置について、図1に基づき説明する。   Next, a circuit and a driving device for performing charge control and discharge control of the piezo element Pa will be described with reference to FIG.

バッテリBから供給される電力は、まず昇圧回路であるDC/DCコンバータ40に供給される。DC/DCコンバータ40は、バッテリBの電圧(例えば「12V」)を、ピエゾ素子Paの充電制御のための高電圧(例えば「200〜300V」)に昇圧する。   The power supplied from the battery B is first supplied to the DC / DC converter 40 which is a booster circuit. The DC / DC converter 40 boosts the voltage of the battery B (for example, “12 V”) to a high voltage (for example, “200 to 300 V”) for charging control of the piezo element Pa.

DC/DCコンバータ40の昇圧電圧は、コンデンサ42に印加される。コンデンサ42は、その一方の端子がDC/DCコンバータ40側に接続され、また他方の端子が接地されている。そして、DC/DCコンバータ40の昇圧電圧がコンデンサ42に印加されると、コンデンサ42はピエゾ素子Paに供給するための電荷を蓄える。ちなみに、コンデンサ42は、ピエゾ素子Paへの一回の充電制御にかかる電荷の供給によってはその電圧がほとんど変化しないような容量(例えば「数100μF」程度)を有することが望ましい。   The boosted voltage of the DC / DC converter 40 is applied to the capacitor 42. One terminal of the capacitor 42 is connected to the DC / DC converter 40 side, and the other terminal is grounded. When the boosted voltage of the DC / DC converter 40 is applied to the capacitor 42, the capacitor 42 stores electric charge to be supplied to the piezo element Pa. Incidentally, it is desirable that the capacitor 42 has a capacity (for example, about “several hundred μF”) such that the voltage hardly changes depending on the supply of electric charge for one charge control to the piezo element Pa.

コンデンサ42のうちの高電位となる端子側、すなわち、DC/DCコンバータ40側は、充電スイッチ44と充放電コイル46との直列接続体を介して、ピエゾ素子Paの高電位となる端子側に接続されている。そして、ピエゾ素子Paの低電位となる端子側は、抵抗48を介して接地されている。ここで、充電スイッチ44は、NチャネルMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタからなる。また、図中、ダイオード44aは、トランジスタが形成されることで形成される寄生ダイオードで、そのアノードが充放電コイル46側に、またそのカソードがコンデンサ42側にそれぞれ接続されている。   The high potential terminal side of the capacitor 42, that is, the DC / DC converter 40 side is connected to the high potential terminal side of the piezo element Pa via the series connection body of the charge switch 44 and the charge / discharge coil 46. It is connected. The terminal side at a low potential of the piezo element Pa is grounded via a resistor 48. Here, the charge switch 44 is composed of an N-channel MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor. In the figure, a diode 44a is a parasitic diode formed by forming a transistor, and has an anode connected to the charge / discharge coil 46 side and a cathode connected to the capacitor 42 side.

充電スイッチ44と充放電コイル46との間には、放電スイッチ50の一方の端子が接続されており、放電スイッチ50の他方の端子は、接地されている。ここで、放電スイッチ50は、NチャネルMOSトランジスタからなる。ちなみに、図中、ダイオード50aは、このトランジスタが形成されることで形成されるものであり、そのアノードが接地側に、またカソードが充電スイッチ44や充放電コイル46側に接続されている。   One terminal of the discharge switch 50 is connected between the charge switch 44 and the charge / discharge coil 46, and the other terminal of the discharge switch 50 is grounded. Here, the discharge switch 50 is formed of an N-channel MOS transistor. Incidentally, in the figure, the diode 50a is formed by forming this transistor, and its anode is connected to the ground side, and its cathode is connected to the charge switch 44 and the charge / discharge coil 46 side.

本実施形態にかかる駆動装置は、ピエゾ素子Pa及び充放電コイル46とコンデンサ42とに直列接続された充電スイッチ44を操作することで、ピエゾ素子Paを充電制御する。また、ピエゾ素子Pa及び充放電コイル46の直列回路に接続された放電スイッチ50を操作することで、ピエゾ素子Paを放電制御する。   The drive device according to the present embodiment controls the charge of the piezo element Pa by operating the charge switch 44 connected in series to the piezo element Pa and the charge / discharge coil 46 and the capacitor 42. Further, by operating the discharge switch 50 connected to the series circuit of the piezo element Pa and the charge / discharge coil 46, the piezo element Pa is controlled to be discharged.

具体的には、制御回路2は、駆動回路60を介して充電スイッチ44や、放電スイッチ50をオン・オフ操作する。駆動回路60は、コンデンサ42の高電位となる端子側から給電され、充電スイッチ44や放電スイッチ50に高電圧を印加するドライバを備えて構成されている。   Specifically, the control circuit 2 turns on / off the charge switch 44 and the discharge switch 50 via the drive circuit 60. The drive circuit 60 is configured to include a driver that is supplied with power from the terminal side of the capacitor 42 at a high potential and applies a high voltage to the charge switch 44 and the discharge switch 50.

上記オン・オフ操作は、ピエゾ素子Paの高電位となる端子側の電位や、ピエゾ素子Paを介して流れる電流量(ピエゾ素子Paに流入する電荷量、ピエゾ素子Paから流出する電荷量)に基づき行われる。具体的には、ピエゾ素子Paの高電位となる端子側の電位(ノードaの電位)は、電圧モニタ回路62、波形処理回路64を介して制御回路2に取り込まれる。ここで、電圧モニタ回路62は、ピエゾ素子Paの電圧を分圧することで、制御回路2によって扱うことのできる電圧とするための回路である。また、波形処理回路64は、電圧モニタ回路62の出力を波形整形する回路である。一方、ピエゾ素子Paを介して流れる電流量は、ピエゾ素子Paと抵抗48との間の電位(ノードbの電位)によって計測される。   The on / off operation is performed on the terminal-side potential, which is a high potential of the piezo element Pa, or the amount of current flowing through the piezo element Pa (the amount of charge flowing into the piezo element Pa and the amount of charge flowing out of the piezo element Pa). Based on. Specifically, the terminal-side potential (potential of the node a), which is a high potential of the piezo element Pa, is taken into the control circuit 2 via the voltage monitor circuit 62 and the waveform processing circuit 64. Here, the voltage monitor circuit 62 is a circuit for dividing the voltage of the piezo element Pa into a voltage that can be handled by the control circuit 2. The waveform processing circuit 64 is a circuit that shapes the output of the voltage monitor circuit 62. On the other hand, the amount of current flowing through the piezo element Pa is measured by the potential between the piezo element Pa and the resistor 48 (potential of the node b).

ここで、本実施形態にかかるピエゾ素子Paの充電制御及び放電制御について詳述する。   Here, the charge control and discharge control of the piezo element Pa according to the present embodiment will be described in detail.

図3に、充電制御及び放電制御の態様を示す。ここで、図3(a)は、電子制御装置1から制御回路2に出力され、制御回路2に充電制御を指令する駆動信号の推移を示す。図3(b)は、電子制御装置1から制御回路2に出力され、制御回路2に放電制御を指令する駆動信号の推移を示す。図3(c)は、充電スイッチ44の操作態様の推移を、図3(d)は、放電スイッチ50の操作態様の推移をそれぞれ示す。図3(e)は、ピエゾ素子Paを介して流れる電流(ピエゾ素子Paに流入する電荷、ピエゾ素子Paから流出する電荷)の推移を、図3(f)は、ピエゾ素子Paの高電位となる側の電圧の推移を、図3(g)は、ピエゾ素子Paの変位の推移をそれぞれ示す。   FIG. 3 shows aspects of charge control and discharge control. Here, FIG. 3A shows the transition of the drive signal output from the electronic control unit 1 to the control circuit 2 and instructing the control circuit 2 to perform charge control. FIG. 3B shows the transition of the drive signal output from the electronic control unit 1 to the control circuit 2 and instructing the control circuit 2 to perform discharge control. 3C shows the transition of the operation mode of the charge switch 44, and FIG. 3D shows the transition of the operation mode of the discharge switch 50. FIG. FIG. 3E shows the transition of the current flowing through the piezo element Pa (the charge flowing into the piezo element Pa and the charge flowing out of the piezo element Pa). FIG. 3F shows the high potential of the piezo element Pa. FIG. 3G shows the transition of the displacement of the piezo element Pa, respectively.

図示されるように、時刻t1に、電子制御装置1から制御回路2に、充電制御を指令する駆動信号が出力されることで、制御回路2は、充電スイッチ44のオン・オフ操作を開始する。具体的には、充電スイッチ44がオン操作されることによって、図4(a)に示すように、コンデンサ42、充電スイッチ44、充放電コイル46、ピエゾ素子Pa、抵抗48からなる閉ループ回路が形成される。これにより、コンデンサ42の電荷がピエゾ素子Paに充電される。このとき、先の図3に示すように、ピエゾ素子Paを介して流れる電流量が増加する(電流量の増加制御)。一方、充電スイッチ44のオン操作の後、充電スイッチ44がオフ操作されることで、図4(b)に示すように、充放電コイル46、ピエゾ素子Pa、抵抗48、ダイオード50aからなる閉ループ回路が形成される。これにより、充放電コイル46のフライホイールエネルギが、ピエゾ素子Paに充電される。このとき、先の図3に示すように、ピエゾ素子Paを介して流れる電流量が減少する(電流量の減少制御)。   As shown in the figure, at time t1, the electronic control device 1 outputs a drive signal for instructing charge control to the control circuit 2, so that the control circuit 2 starts an on / off operation of the charge switch 44. . Specifically, when the charging switch 44 is turned on, a closed loop circuit including a capacitor 42, a charging switch 44, a charging / discharging coil 46, a piezo element Pa, and a resistor 48 is formed as shown in FIG. Is done. Thereby, the electric charge of the capacitor 42 is charged into the piezo element Pa. At this time, as shown in FIG. 3, the amount of current flowing through the piezo element Pa increases (current amount increase control). On the other hand, when the charging switch 44 is turned on after the charging switch 44 is turned on, as shown in FIG. 4B, a closed loop circuit including a charging / discharging coil 46, a piezo element Pa, a resistor 48, and a diode 50a. Is formed. Thereby, the flywheel energy of the charge / discharge coil 46 is charged in the piezo element Pa. At this time, as shown in FIG. 3, the amount of current flowing through the piezo element Pa decreases (current amount reduction control).

上記態様にて充電スイッチ44が操作されることで、ピエゾ素子Paが充電され、ピエゾ素子Paの高電位となる端子側の電位が上昇する。   When the charge switch 44 is operated in the above-described manner, the piezo element Pa is charged, and the potential on the terminal side that becomes the high potential of the piezo element Pa increases.

一方、図3に示す時刻t2において、電子制御装置1から制御回路2に、放電制御を指令する駆動信号が出力されると、制御回路2では、放電スイッチ50のオン・オフ操作を開始する。具体的には、放電スイッチ50がオン操作されることで、図5(a)に示すように、放電スイッチ50、充放電コイル46、ピエゾ素子Pa、抵抗48によって閉ループ回路が形成される。これにより、ピエゾ素子Paが放電される。このとき、先の図3に示すように、ピエゾ素子Paを介して流れる電流量が増加する(電流量の増加制御)。更に、放電スイッチ50のオン操作の後、放電スイッチ50がオフ操作されることで、図5(b)に示すように、コンデンサ42、ダイオード44a、充放電コイル46、ピエゾ素子Pa、抵抗48によって閉ループ回路が形成される。これにより、充放電コイル46のフライホイールエネルギがコンデンサ42に回収される。このとき、先の図3に示すように、ピエゾ素子Paを介して流れる電流量が減少する(電流量の減少制御)。   On the other hand, when a drive signal instructing discharge control is output from the electronic control unit 1 to the control circuit 2 at time t2 shown in FIG. 3, the control circuit 2 starts an on / off operation of the discharge switch 50. Specifically, when the discharge switch 50 is turned on, a closed loop circuit is formed by the discharge switch 50, the charge / discharge coil 46, the piezo element Pa, and the resistor 48, as shown in FIG. Thereby, the piezo element Pa is discharged. At this time, as shown in FIG. 3, the amount of current flowing through the piezo element Pa increases (current amount increase control). Furthermore, after the discharge switch 50 is turned on, the discharge switch 50 is turned off, so that the capacitor 42, the diode 44a, the charge / discharge coil 46, the piezo element Pa, and the resistor 48 are used as shown in FIG. A closed loop circuit is formed. Thereby, the flywheel energy of the charge / discharge coil 46 is recovered by the capacitor 42. At this time, as shown in FIG. 3, the amount of current flowing through the piezo element Pa decreases (current amount reduction control).

上記態様にて放電スイッチ50が操作されることで、ピエゾ素子Paが放電され、ピエゾ素子Paの高電位となる端子側の電位が低下する。   When the discharge switch 50 is operated in the above-described manner, the piezo element Pa is discharged, and the potential on the terminal side that becomes the high potential of the piezo element Pa is lowered.

特に、本実施形態では、充電制御及び放電制御に際し、オフ操作からオン操作への切り替えを、充電や放電の初期にはピエゾ素子Paを介して流れる電流量がゼロとなる前に行い、その後、同電流量がゼロとなることで行うようにする。これは、以下の理由による。   In particular, in the present embodiment, in charge control and discharge control, switching from an off operation to an on operation is performed before the amount of current flowing through the piezo element Pa becomes zero at the beginning of charging or discharging, and thereafter This is done when the amount of current becomes zero. This is due to the following reason.

オン・オフ操作の初期には、オン操作への切り替えにより、ピエゾ素子Paを介して流れる電流量は、迅速に大きな値となる。換言すれば、オン・オフ操作の初期には、オン操作への切り替えによる電流の増大速度が大きい。このため、ピエゾ素子Paの変位量も大きなものとなっている。したがって、このときにオフ操作からオン操作への切り替えが上記電流量がゼロとなるタイミングで行われると、図3(h)に、充電制御時について拡大して破線にて示すように、ピエゾ素子Paの変位が波打ち、顕著な振動を生じる。そして、この振動は、ピエゾ素子Paによる駆動対象部品である大径ピストン36や小径ピストン34、ボール26、更にはノズルニードル14の挙動を不安定化させる。   At the initial stage of the on / off operation, the amount of current flowing through the piezo element Pa quickly becomes a large value by switching to the on operation. In other words, at the initial stage of the on / off operation, the current increase rate due to switching to the on operation is large. For this reason, the displacement amount of the piezo element Pa is also large. Therefore, when switching from the off operation to the on operation is performed at the timing when the amount of current becomes zero at this time, the piezoelectric element is enlarged as shown by a broken line in FIG. The displacement of Pa undulates and causes significant vibration. This vibration destabilizes the behavior of the large-diameter piston 36, the small-diameter piston 34, the ball 26, and further the nozzle needle 14, which are components to be driven by the piezo element Pa.

この点、本実施形態では、充電制御及び放電制御ともに、オン・オフ操作の初期において、オフ操作からオン操作への切り替えを、電流量がゼロとなる前に行うことでピエゾ素子Paの振動を好適に抑制することができる。また、その後、オフ操作からオン操作への切り替えを、電流量がゼロとなることで行うようにすることで、この切り替えを充電制御及び放電制御の間継続して電流量がゼロとなる前に行う場合に生じる諸問題を好適に抑制することも可能となる。   In this regard, in this embodiment, in both the charge control and the discharge control, the vibration of the piezo element Pa is performed by switching from the off operation to the on operation before the current amount becomes zero in the initial stage of the on / off operation. It can suppress suitably. In addition, after that, the switching from the off operation to the on operation is performed when the current amount becomes zero, and this switching is continued during the charge control and the discharge control before the current amount becomes zero. It is also possible to suitably suppress various problems that occur when performing.

すなわち、オフ操作からオン操作への切り替えを電流量の大きなところで行うと、操作の切り替えに起因した磁束の変化によるノイズ(電磁ノイズ)が大きくなる。これに対し、本実施形態では、オフ操作からオン操作への切り替えを充電制御や放電制御の初期にできるだけ短時間のみ行うことでこうした問題を抑制している。   That is, when switching from an off operation to an on operation is performed at a large current amount, noise (electromagnetic noise) due to a change in magnetic flux caused by the operation switching increases. On the other hand, in the present embodiment, such a problem is suppressed by performing switching from the off operation to the on operation for as short a time as possible at the beginning of the charge control or discharge control.

また、オフ操作からオン操作への切り替えを電流量の大きなところで行うと、充電スイッチ44や放電スイッチ50等の寿命が短くなる。これは、次の2つの理由による。まず第1に、電流量が大きい状態が続くことで、充電スイッチ44や放電スイッチ50等の温度が上昇するとの理由がある。第2に、電流が流れている状態でその流通方向を逆にしようとすると、普段より大きな電流が流れること等に起因して充電スイッチ44や放電スイッチ50等の寿命が短くなるとの理由がある。すなわち、充電制御時には、ダイオード50aが、また放電制御時には、ダイオード44aがこうした状況におかれることとなる。これに対し、本実施形態では、オフ操作からオン操作への切り替えを充電制御や放電制御の初期にできるだけ短時間のみ行うことでこうした問題を抑制している。   Further, if the switching from the off operation to the on operation is performed at a large current amount, the lifetime of the charge switch 44, the discharge switch 50, etc. is shortened. This is due to the following two reasons. First, there is a reason that the temperature of the charge switch 44, the discharge switch 50, etc. rises due to the continued large current amount. Secondly, if the flow direction is reversed while a current is flowing, there is a reason that the life of the charge switch 44, the discharge switch 50, etc. is shortened due to a larger current flow than usual. . That is, the diode 50a is placed in such a state during charge control, and the diode 44a is placed in such a state during discharge control. On the other hand, in the present embodiment, such a problem is suppressed by performing switching from the off operation to the on operation for as short a time as possible at the beginning of the charge control or discharge control.

更に、オフ操作からオン操作への切り替えを電流量の大きなところで行い続けると、ピエゾ素子Paの電圧の制御性が低下する。すなわち、この場合、オン・オフ操作の終了時におけるオフ操作への切り替え時の電流量も大きなものとなり、オフ操作としてから電流量がゼロとなるまでの総電流量が大きくなる。一方、オフ操作をしてからは、電流量がゼロとなるまでに流れる総電流量を制御することはできない。そして、オフ操作をしてから電流量がゼロとなるまでの総電流量は、個体あるいは環境の変化によってばらつく。このため、図6(a)に斜線にて示すように、オン・オフ操作の終了時におけるオフ操作への切り替え時の電流量が大きいと、個体あるいは環境の変化によってピエゾ素子Paに最終的に印加される電圧値がばらつくために噴射量等の制御性が低下する。これに対し、本実施形態では、オン・オフ操作の終了時におけるオフ操作への切り替え時の電流量を低減することが可能となる。   Further, if the switching from the off operation to the on operation is continued at a large current amount, the controllability of the voltage of the piezo element Pa is lowered. That is, in this case, the amount of current when switching to the off operation at the end of the on / off operation also becomes large, and the total amount of current from when the off operation is performed until the amount of current becomes zero becomes large. On the other hand, after the off operation, the total amount of current flowing until the amount of current becomes zero cannot be controlled. Then, the total current amount from when the off operation is performed until the current amount becomes zero varies depending on changes in the individual or the environment. For this reason, as shown by the oblique lines in FIG. 6A, if the amount of current at the time of switching to the off operation at the end of the on / off operation is large, the piezo element Pa is finally applied to the piezo element Pa due to an individual or environmental change. Since the applied voltage value varies, the controllability such as the injection amount decreases. On the other hand, in the present embodiment, it is possible to reduce the amount of current when switching to the off operation at the end of the on / off operation.

すなわち、本実施形態では、図6(b)に示すように、所定期間Tmaxが経過するとオン操作からオフ操作への切り替えを行うために、オン・オフ操作を繰り返すうちに電流量のピーク値が徐々に低下する。これはオン・オフ操作を繰り返すことで、充電制御時には、ピエゾ素子Paとコンデンサ42との間の電位差が減少し、また、放電制御時には、ピエゾ素子Paと接地との電位差が減少するため、オン操作に際しての電流の増加速度が低下していくためである。これにより、図6(b)に斜線にて示すように、オン・オフ操作の終了時におけるオフ操作への切り替え時の電流量を小さくすることができる。   That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 6B, the peak value of the current amount is obtained while the on / off operation is repeated in order to switch from the on operation to the off operation when a predetermined period Tmax elapses. Decrease gradually. By repeating the on / off operation, the potential difference between the piezoelectric element Pa and the capacitor 42 decreases during charge control, and the potential difference between the piezoelectric element Pa and ground decreases during discharge control. This is because the rate of increase in current during operation decreases. As a result, as indicated by hatching in FIG. 6B, the amount of current when switching to the off operation at the end of the on / off operation can be reduced.

ここで、上記充電制御や放電制御の処理手順について、図7及び図8を用いて更に説明する。   Here, the processing procedure of the charge control and the discharge control will be further described with reference to FIGS.

図7に、充電制御の処理手順を示す。   FIG. 7 shows a charging control processing procedure.

この一連の処理では、まずステップS10において、オン・オフ操作の回数をカウントするカウンタNを初期値(「1」)とする。続くステップS12では、充電スイッチ44をオン操作する。このオン操作は、充電スイッチ44をオン操作してから経過した時間である充電時間が所定期間Tmax1に達する(ステップS14)か、ピエゾ素子Paを介して流れる電流量が上限値Imax1になるまで(ステップS16)継続される。そして、充電スイッチ44がオフ操作されると(ステップS18)、このオフ操作は、電流量が下限値(「0」より大きい値)以下となるまで少なくとも継続される(ステップS20)。そして、電流量が下限値以下となると、上記カウンタをインクリメントする(ステップS22)。そして、カウンタ値が所定回数となるまでステップS12からステップS22までの処理を繰り返す(ステップS24)。ここで、所定回数は、ピエゾ素子Paの変位に顕著に振動が生じる期間を判定するためのものである。本実施形態では、先の図3に示したように、所定回数は、3回とされている。   In this series of processing, first, in step S10, a counter N that counts the number of on / off operations is set to an initial value (“1”). In the subsequent step S12, the charging switch 44 is turned on. This ON operation is performed until the charging time, which is the time elapsed since the ON operation of the charging switch 44, reaches a predetermined period Tmax1 (step S14) or the amount of current flowing through the piezo element Pa reaches the upper limit value Imax1 ( Step S16) Continue. When the charging switch 44 is turned off (step S18), the turning-off operation is continued at least until the current amount becomes equal to or lower than the lower limit value (a value larger than “0”) (step S20). When the amount of current becomes lower than the lower limit value, the counter is incremented (step S22). Then, the processes from step S12 to step S22 are repeated until the counter value reaches a predetermined number (step S24). Here, the predetermined number of times is for determining a period in which a significant vibration occurs in the displacement of the piezo element Pa. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the predetermined number of times is three.

一方、カウンタ値が所定回数以上となると、電流量がゼロとなるまでオフ操作を継続する(ステップS26)。これらステップS12からステップS26の処理は、ピエゾ素子Paの電圧が目標電圧Vmax以上となるまで行われる(ステップS28)。   On the other hand, when the counter value is equal to or greater than the predetermined number, the off operation is continued until the amount of current becomes zero (step S26). The processing from step S12 to step S26 is performed until the voltage of the piezo element Pa becomes equal to or higher than the target voltage Vmax (step S28).

図8に、放電制御の処理手順を示す。   FIG. 8 shows a procedure for discharging control.

この一連の処理では、まずステップS30において、オン・オフ操作の回数をカウントするカウンタNを初期値(「1」)とする。続くステップS32では、放電スイッチ50をオン操作する。このオン操作は、放電スイッチ50をオン操作してから経過した時間である放電時間が所定期間Tmax2に達する(ステップS34)か、ピエゾ素子Paを介して流れる電流量が上限値Imax2になるまで(ステップS36)継続される。そして、放電スイッチ50がオフ操作されると(ステップS38)、このオフ操作は、電流量が下限値(「0」より大きい値)以下となるまで少なくとも継続される(ステップS40)。そして、電流量が下限値以下となると、上記カウンタをインクリメントする(ステップS42)。そして、カウンタ値が所定回数となるまでステップS32からステップS42までの処理を繰り返す(ステップS44)。ここで、所定回数は、ピエゾ素子Paの変位に顕著に振動が生じる期間を判定するためのものである。本実施形態では、先の図3に示したように、所定回数は、3回とされている。   In this series of processing, first, in step S30, a counter N that counts the number of on / off operations is set to an initial value (“1”). In the subsequent step S32, the discharge switch 50 is turned on. This ON operation is performed until the discharge time, which is the time elapsed after the discharge switch 50 is turned ON, reaches a predetermined period Tmax2 (step S34) or the amount of current flowing through the piezo element Pa reaches the upper limit value Imax2 ( Step S36) Continue. When the discharge switch 50 is turned off (step S38), the off operation is continued at least until the current amount becomes equal to or lower than the lower limit value (a value larger than “0”) (step S40). When the amount of current becomes lower than the lower limit value, the counter is incremented (step S42). The processes from step S32 to step S42 are repeated until the counter value reaches a predetermined number (step S44). Here, the predetermined number of times is for determining a period in which a significant vibration occurs in the displacement of the piezo element Pa. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the predetermined number of times is three.

一方、カウンタ値が所定回数以上となると、電流量がゼロとなるまでオフ操作を継続する(ステップS46)。これらステップS32からステップS46の処理は、ピエゾ素子Paの電圧が目標電圧Vmin以下となるまで行われる(ステップS48)。ちなみに、ピエゾ素子Paの放電制御の完了時には、上記電圧が「0V」となることが望ましい。ただし、目標電圧Vminを「0V」と設定すると、ピエゾ素子Paの電圧が略「0V」となっているにもかかわらず、再度ステップS32からステップS46の処理が繰り返されるようになる。これを回避すべく、本実施形態では、目標電圧Vminにマージンを設け、これを「0V」よりもわずかに大きな値に設定している。   On the other hand, when the counter value is equal to or greater than the predetermined number, the off operation is continued until the amount of current becomes zero (step S46). The processing from step S32 to step S46 is performed until the voltage of the piezo element Pa becomes equal to or lower than the target voltage Vmin (step S48). Incidentally, when the discharge control of the piezo element Pa is completed, it is desirable that the voltage be “0 V”. However, when the target voltage Vmin is set to “0V”, the processing from step S32 to step S46 is repeated again even though the voltage of the piezo element Pa is substantially “0V”. In order to avoid this, in this embodiment, a margin is provided for the target voltage Vmin, which is set to a value slightly larger than “0V”.

なお、上記充電制御や放電制御においては、基本的にピエゾ素子Pa及び充放電コイル46によって構成される直列LC共振回路に電流が流れる。このため、その電流は正弦波形状となる。そこで、本実施形態では、上記所定期間Tmax1、Tmax2をLC共振回路の時定数に比べて十分に短く設定することで、オン操作時の電流量の増加速度が略一定となるようにしている。   In the charge control and discharge control, a current flows through a series LC resonance circuit basically composed of the piezo element Pa and the charge / discharge coil 46. Therefore, the current has a sine wave shape. Therefore, in this embodiment, the predetermined periods Tmax1 and Tmax2 are set sufficiently shorter than the time constant of the LC resonance circuit, so that the increasing rate of the current amount during the ON operation is made substantially constant.

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。   According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.

(1)充電制御及び放電制御ともに、オン・オフ操作の初期において、オフ操作からオン操作への切り替えを、電流量がゼロとなる前に行うことでピエゾ素子Paの振動を好適に抑制することができる。また、その後、オフ操作からオン操作への切り替えを、電流量がゼロとなることで行うようにすることで、この切り替えを充電制御及び放電制御の間継続して電流量がゼロとなる前に行う場合に生じる諸問題を好適に抑制することも可能となる。   (1) In both the charge control and the discharge control, the vibration of the piezo element Pa is suitably suppressed by switching from the off operation to the on operation before the current amount becomes zero in the initial stage of the on / off operation. Can do. In addition, after that, the switching from the off operation to the on operation is performed when the current amount becomes zero, and this switching is continued during the charge control and the discharge control before the current amount becomes zero. It is also possible to suitably suppress various problems that occur when performing.

(2)オン操作からオフ操作への切り替えを、オン操作としてから所定期間Tmax1,Tmax2経過するときに行うようにした。これにより、オン・オフ操作を繰り返すにつれて、電流量の増加速度が低下することで上限値に達することができなくなったとき等でも、充電制御や放電制御を好適に行うことができる。すなわち、所定期間Tmax1,Tmax2による切り替えを行わない場合には、電流量が上限値に達することができなくなると、オフ操作ができないために多量の電荷がピエゾ素子に投入されてしまい、最終的にピエゾ素子Paに印加される電圧値の精度が低下する。これに対し、本実施形態では、電流量が低下する前にオフ操作に切り替える設定とすることで、精度の低下を回避することができる。また、上記増加速度が低下すると、電流量が略正弦波形状となるため、ピエゾ素子Paが振動する。これに対し、本実施形態では、オン・オフ操作の後期において、ピエゾ素子Paの高電位となる端子側の電圧の変化を緩やかな傾斜とすることができ、ひいてはピエゾ素子Paの充電制御や放電制御を安定して終了することができる。   (2) The switching from the on operation to the off operation is performed when a predetermined period Tmax1, Tmax2 elapses after the on operation. As a result, as the on / off operation is repeated, the charge control and the discharge control can be suitably performed even when the upper limit value cannot be reached due to a decrease in the increasing rate of the current amount. That is, when switching is not performed during the predetermined periods Tmax1 and Tmax2, if the current amount cannot reach the upper limit value, the off operation cannot be performed, so that a large amount of charge is thrown into the piezo element. The accuracy of the voltage value applied to the piezo element Pa is lowered. On the other hand, in the present embodiment, it is possible to avoid a decrease in accuracy by setting to switch to the off operation before the amount of current decreases. Further, when the increase rate is reduced, the current amount becomes a substantially sine wave shape, and thus the piezo element Pa vibrates. On the other hand, in the present embodiment, in the later stage of the on / off operation, the change in the voltage on the terminal side, which becomes the high potential of the piezo element Pa, can be made a gentle slope, and thus the charge control and discharge of the piezo element Pa Control can be stably terminated.

更に、所定期間Tmax1,Tmax経過後にオン操作からオフ操作への切り替えを行うことで、オン・オフ操作の終了時の最後のオン操作からオフ操作へ切り替えた時の電流量が低減される。このため、ピエゾ素子Paの最終印加電圧(充電エネルギ又は放電時のピエゾ素子Paのエネルギ)を目標値に制御する際の制御精度を向上させることもできる。   Furthermore, by switching from the on operation to the off operation after the elapse of the predetermined periods Tmax1, Tmax, the amount of current when the last on operation at the end of the on / off operation is switched to the off operation is reduced. For this reason, the control accuracy at the time of controlling the final applied voltage (charge energy or energy of the piezo element Pa during discharge) of the piezo element Pa to the target value can also be improved.

(3)オン操作からオフ操作への切り替えを、ピエゾ素子Paを介して流れる電流量が所定の上限値まで達するときに行うようにした。これにより、上記所定期間Tmax1,Tmaxを、オン・オフ操作の後期においてもピエゾ素子Paの充電制御や放電制御を適切に行うことのできる値に設定しつつも、オン・オフ操作の初期の電流量が過剰となることを回避することができる。   (3) Switching from the on operation to the off operation is performed when the amount of current flowing through the piezo element Pa reaches a predetermined upper limit value. As a result, the predetermined periods Tmax1 and Tmax are set to values at which the charge control and discharge control of the piezo element Pa can be appropriately performed even in the later stage of the on / off operation, and the initial current of the on / off operation is set. An excessive amount can be avoided.

すなわち、オン・オフ操作の開始直後は、電流量の増加速度が大きなものとなる。このため、所定期間Tmax1,Tmax2にわたってオン操作を行おうとした場合、所定期間Tmax1,Tmax2の設定態様によっては電流量が過剰となる懸念がある。そして、所定期間Tmax1、Tmax2を短く設定することで、こうした懸念を回避する場合には、オン・オフ操作の後期においてオン時間が過度に短くなり、電流量がほとんど上昇することがないままオフ操作へ切り替えられることがある。この場合、充電時間や放電時間が長くなり、充電制御や放電制御を適切に行うことができない。この点、上記切り替えを行う条件として、所定期間Tmax1,Tmax2経過するときとの条件に加えて、ピエゾ素子Paを介して流れる電流量が所定の上限値まで達するときとの条件を適用することでこうした問題を回避することができる。   That is, immediately after the start of the on / off operation, the increasing rate of the current amount becomes large. For this reason, when it is attempted to perform the ON operation over the predetermined periods Tmax1, Tmax2, there is a concern that the amount of current becomes excessive depending on the setting mode of the predetermined periods Tmax1, Tmax2. In order to avoid such a concern by setting the predetermined periods Tmax1 and Tmax2 to be short, the ON time becomes excessively short in the later stage of the ON / OFF operation, and the OFF operation is performed with almost no increase in the current amount. May be switched to. In this case, charge time and discharge time become long, and charge control and discharge control cannot be performed appropriately. In this regard, as a condition for performing the switching, in addition to the condition that the predetermined periods Tmax1 and Tmax2 have elapsed, the condition that the amount of current flowing through the piezo element Pa reaches a predetermined upper limit value is applied. These problems can be avoided.

(4)オン・オフ操作の回数に基づき、オフ操作からオン操作への切り替えを電流量がゼロとなることで行なうタイミングを決定するようにした。これにより、オフ操作からオン操作への切り替えを電流量がゼロとなるタイミングで行ったときにピエゾ素子Paの振動が顕著なものとなる期間を、適切に把握しつつ、上記各操作を行うことができる。   (4) Based on the number of on / off operations, the timing for switching from the off operation to the on operation when the amount of current becomes zero is determined. As a result, the above operations are performed while properly grasping the period during which the vibration of the piezo element Pa is noticeable when switching from the off operation to the on operation is performed at a timing when the amount of current becomes zero. Can do.

(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.

上記第1の実施形態では、オン・オフ操作の回数に基づき、オフ操作からオン操作への切り替えを電流量がゼロとなることで行なうタイミングを決定するようにした。これに対し、本実施形態では、オン・オフ操作を開始してから経過した時間に基づき、上記タイミングを決定する。   In the first embodiment, the timing for switching from the off operation to the on operation when the current amount becomes zero is determined based on the number of on / off operations. On the other hand, in this embodiment, the said timing is determined based on the time which passed after starting ON / OFF operation.

すなわち、図9に充電制御時について例示するように、オン・オフ操作を開始してから、所定時間Tが経過した後に、オフ操作からオン操作への切り替えを電流量がゼロとなることで行なうようにする。これは、充電制御については、例えば先の図7の処理において、ステップS10、S22を省き、ステップS24の代わりに、オン・オフ操作を開始してからの経過時間を所定時間Tと比較する処理を設けることで実現してもよい。また、放電制御については、例えば先の図8の処理において、ステップS30、S42を省き、ステップS44の代わりに、オン・オフ操作を開始してからの経過時間を所定時間Tと比較する処理を設けることで実現してもよい。   That is, as illustrated in FIG. 9 when charging control is performed, switching from the off operation to the on operation is performed when the current amount becomes zero after a predetermined time T has elapsed since the start of the on / off operation. Like that. For charging control, for example, in the process of FIG. 7 above, steps S10 and S22 are omitted, and instead of step S24, the elapsed time since the start of the on / off operation is compared with a predetermined time T. You may implement | achieve by providing. As for the discharge control, for example, in the process of FIG. 8, steps S30 and S42 are omitted, and instead of step S44, a process of comparing the elapsed time after starting the on / off operation with a predetermined time T is performed. You may implement | achieve by providing.

以上説明した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(1)〜(3)の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。   According to the present embodiment described above, the following effects can be obtained in addition to the effects (1) to (3) of the first embodiment.

(5)オン・オフ操作を開始してから経過した時間に基づき、オフ操作からオン操作への切り替えを電流量がゼロとなることで行なうタイミングを決定するようにした。これにより、オフ操作からオン操作への切り替えを電流量がゼロとなるタイミングで行ったときにピエゾ素子の振動が顕著なものとなる期間を適切に把握しつつ、上記各操作を行うことができる。   (5) Based on the time elapsed since the start of the on / off operation, the timing for switching from the off operation to the on operation when the amount of current becomes zero is determined. Thereby, when switching from the off operation to the on operation is performed at a timing when the amount of current becomes zero, each of the above operations can be performed while appropriately grasping a period in which the vibration of the piezo element becomes significant. .

(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.

上記第1の実施形態では、オン・オフ操作の回数に基づき、オフ操作からオン操作への切り替えを電流量がゼロとなることで行なうタイミングを決定するようにした。これに対し、本実施形態では、ピエゾ素子Paの高電位となる端子側の電圧に基づき、上記タイミングを決定する。   In the first embodiment, the timing for switching from the off operation to the on operation when the current amount becomes zero is determined based on the number of on / off operations. On the other hand, in the present embodiment, the timing is determined based on the terminal-side voltage that is a high potential of the piezo element Pa.

すなわち、図10に充電制御時について例示するように、オン・オフ操作の開始に伴いピエゾ素子Paの高電位となる端子側の電圧が閾値A以上となると、オフ操作からオン操作への切り替えを電流量がゼロとなることで行なうようにする。これは、充電制御については、例えば先の図7の処理において、ステップS10、S22を省き、ステップS24の代わりに、ピエゾ素子Paの高電位となる端子側の電圧と閾値Aとを比較する処理を設けることで実現してもよい。また、放電制御については、例えば先の図8の処理において、ステップS30、S42を省き、ステップS44の代わりに、ピエゾ素子Paの高電位となる端子側の電圧と閾値Aとを比較する処理を設けることで実現してもよい。   That is, as illustrated in FIG. 10 when charging control is performed, when the voltage on the terminal side that becomes the high potential of the piezo element Pa becomes greater than or equal to the threshold A with the start of the on / off operation, switching from the off operation to the on operation is performed. This is done when the amount of current becomes zero. For charging control, for example, steps S10 and S22 are omitted in the process of FIG. 7 described above, and instead of step S24, the voltage on the terminal side that is the high potential of the piezo element Pa is compared with the threshold A. You may implement | achieve by providing. As for the discharge control, for example, in the process of FIG. 8, steps S30 and S42 are omitted, and instead of step S44, a process of comparing the voltage on the terminal side at which the piezoelectric element Pa becomes a high potential with the threshold A is performed. You may implement | achieve by providing.

以上説明した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(1)〜(3)の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。   According to the present embodiment described above, the following effects can be obtained in addition to the effects (1) to (3) of the first embodiment.

(6)ピエゾ素子Paの高電位となる端子側の電圧に基づき、オフ操作からオン操作への切り替えを電流量がゼロとなることで行なうタイミングを決定するようにした。これにより、オフ操作からオン操作への切り替えを電流量がゼロとなるタイミングで行ったときにピエゾ素子の振動が顕著なものとなる期間を適切に把握しつつ、上記各操作を行うことができる。   (6) The timing of switching from the off operation to the on operation when the amount of current becomes zero is determined based on the voltage on the terminal side that becomes a high potential of the piezo element Pa. Thereby, when switching from the off operation to the on operation is performed at a timing when the amount of current becomes zero, each of the above operations can be performed while appropriately grasping a period in which the vibration of the piezo element becomes significant. .

(第4の実施形態)
以下、第4の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, the fourth embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.

上記第1の実施形態では、オン操作からオフ操作への切り替えを、ピエゾ素子Paを介して流れる電流量が所定の上限値に達するときと、オン操作としてから所定期間Tmax1,Tmax2経過するときとに行うようにした。これに対し、本実施形態では、オン操作からオフ操作への切り替えを、オン操作をしてから所定期間Tmax1,Tmax2経過するときに行うようにする。   In the first embodiment, switching from the on operation to the off operation is performed when the amount of current flowing through the piezo element Pa reaches a predetermined upper limit, and when a predetermined period Tmax1, Tmax2 has elapsed since the on operation. I tried to do it. On the other hand, in this embodiment, switching from the on operation to the off operation is performed when a predetermined period Tmax1, Tmax2 has elapsed since the on operation.

この場合、図11に充電制御時について例示するように、オン操作時間が一定となるため、電流量のピーク値はオン・オフ操作の回数を重ねるにつれて低下していく。これは、充電制御については、例えば先の図7の処理において、ステップS16を省き、ステップS14において、充電時間が所定期間Tmax1となるまで待機するようにすればよい。また、放電制御については、例えば先の図8の処理において、ステップS36を省き、ステップS34において、放電時間が所定期間Tmax2となるまで待機するようにすればよい。   In this case, as illustrated in FIG. 11 for charging control, the on operation time is constant, so that the peak value of the current amount decreases as the number of on / off operations is increased. As for the charging control, for example, step S16 may be omitted in the process of FIG. 7 described above, and the charging may be waited until the charging time reaches a predetermined period Tmax1 in step S14. As for the discharge control, for example, in the process of FIG. 8, step S36 may be omitted, and in step S34, the process may wait until the discharge time reaches a predetermined period Tmax2.

以上説明した本実施形態によっても、先の第1の実施形態の上記(1)、(2)、(4)の効果が得られるようになる。   Also according to the present embodiment described above, the effects (1), (2), and (4) of the first embodiment can be obtained.

(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows.

・上記第1の実施形態では、オフ操作からオン操作への切り替えを電流量がゼロとなることで行うタイミングを決定するオン・オフ操作の回数を「3」としたが、これに限らず、例えば図12に示すように「2」としてもよい。   In the first embodiment, the number of on / off operations for determining the timing for switching from the off operation to the on operation when the amount of current becomes zero is “3”. For example, “2” may be used as shown in FIG.

・上記第2及び第3の実施形態においても、上記第4の実施形態によるように、オン操作からオフ操作への切り替えを行う条件から、ピエゾ素子Paを介して流れる電流量が所定の上限値に達するときとの条件を省いてもよい。   In the second and third embodiments as well, as in the fourth embodiment, the amount of current flowing through the piezo element Pa is a predetermined upper limit value from the condition for switching from the on operation to the off operation. You may omit the condition when you reach

・上記第1〜第3の実施形態において、オン操作からオフ操作への切り替えを行う条件から、オン操作をしてから所定期間Tmax1,Tmax2経過するときとの条件を省いても、先の第1の実施形態の上記(1)、(4)の効果や、先の第2の実施形態の上記(5)の効果、先の第3の実施形態の上記(6)の効果を得ることはできる。   In the first to third embodiments, even if the conditions for switching from the on operation to the off operation and the conditions when the predetermined period Tmax1, Tmax2 elapses after the on operation is omitted, It is possible to obtain the effects (1) and (4) of the first embodiment, the effect (5) of the previous second embodiment, and the effect (6) of the previous third embodiment. it can.

・オフ操作からオン操作への切り替えを電流量がゼロとならないときに行う際の、切り替えを行う電流量は、毎回一定でなくてもよい。   The amount of current to be switched when the amount of current is not switched to zero when switching from the off operation to the on operation may not be constant every time.

・オフ操作からオン操作への切り替えを電流量がゼロとなることで行なうタイミングを決定する手法としては、上記第1〜第3の実施形態で例示したものに限らない。例えばオン操作時の電流の増加速度に基づいて決定してもよい。   The method for determining the timing for switching from the off operation to the on operation when the amount of current becomes zero is not limited to the method exemplified in the first to third embodiments. For example, you may determine based on the increase rate of the electric current at the time of ON operation.

・充電制御や放電制御においてオン・オフ操作を終了するタイミングを決定する手法は、先の図7のステップS28や図8のステップS48に例示したものに限らない。例えば、オン操作の終了時において先の図7のステップS28や図8のステップS48に例示した処理を行なってもよい。   The method for determining the timing for ending the on / off operation in the charge control or the discharge control is not limited to those exemplified in step S28 of FIG. 7 or step S48 of FIG. For example, the processing illustrated in step S28 of FIG. 7 or step S48 of FIG. 8 may be performed at the end of the on operation.

・燃料噴射弁PIとしては、先の図2に例示したものに限らない。例えば図13に例示するものであってもよい。図13では、先の図2と同一の部材については便宜上同一の符号を付している。図13に示す燃料噴射弁では、高圧燃料通路18(背圧室20)からの燃料が、バルブ70をボディ10の先端側へ押す力と、バルブ70をバルブシート部30側へ押す力とが互いに逆方向となっている。特に、これら互いに逆方向の燃圧が印加される面積を互いに等しくすることで、ピエゾ素子Paによってボール26を変位させるために必要なエネルギを大幅に低減することができる。   The fuel injection valve PI is not limited to that illustrated in FIG. For example, what is illustrated in FIG. 13 may be used. In FIG. 13, the same members as those in FIG. In the fuel injection valve shown in FIG. 13, the fuel from the high-pressure fuel passage 18 (back pressure chamber 20) has a force that pushes the valve 70 toward the distal end side of the body 10 and a force that pushes the valve 70 toward the valve seat portion 30. The directions are opposite to each other. In particular, by making the areas to which the fuel pressures in the opposite directions are applied equal to each other, the energy required to displace the ball 26 by the piezo element Pa can be greatly reduced.

・ピエゾ素子Paを駆動する駆動回路としては、先の図1に例示したものに限らない。例えば充電スイッチ44や放電スイッチ50としては、NチャネルMOSトランジスタを備えるものに限らず、適宜のスイッチング素子であってもよい。ただし、この場合、(イ)充電制御時に充電スイッチのオフ操作に際して充放電コイル46からの電流がピエゾ素子Paへ流れることを許容し、且つ逆方向の電流の流れを阻止する整流手段や、(ロ)放電制御時に放電スイッチのオフ操作に際してピエゾ素子Paからの電流が充放電コイル46を介して接地側へと流れることを許容し、且つ逆方向の電流の流れを阻止する整流手段を別途備えることが望ましい。また、充放電コイル46を介してピエゾ素子Paに電力を供給する給電手段としては、コンデンサ42、DC/DCコンバータ40、及びバッテリBを備えて構成されるものに限らない。例えばコンデンサ42を備えなくても、DC/DCコンバータ40の昇圧電圧を用いてピエゾ素子Paに適切な電圧の電力を供給することはできる。また、例えば、バッテリBの電圧が十分に高いならDC/DCコンバータ40を備えなくてもよい。   The drive circuit that drives the piezo element Pa is not limited to that illustrated in FIG. For example, the charge switch 44 and the discharge switch 50 are not limited to those provided with N-channel MOS transistors, and may be appropriate switching elements. However, in this case, (a) a rectifying means that allows the current from the charge / discharge coil 46 to flow to the piezo element Pa when the charge switch is turned off during charge control, and prevents the reverse current flow; (B) A separate rectifying means for allowing the current from the piezo element Pa to flow to the ground side through the charge / discharge coil 46 and preventing the reverse current flow when the discharge switch is turned off during discharge control is provided. It is desirable. Further, the power supply means for supplying power to the piezo element Pa through the charge / discharge coil 46 is not limited to the one that includes the capacitor 42, the DC / DC converter 40, and the battery B. For example, even if the capacitor 42 is not provided, it is possible to supply electric power with an appropriate voltage to the piezo element Pa using the boosted voltage of the DC / DC converter 40. For example, if the voltage of the battery B is sufficiently high, the DC / DC converter 40 may not be provided.

・燃料噴射弁としては、ディーゼルエンジンに用いられる燃料噴射弁に限らず、例えば筒内噴射式ガソリンエンジンに用いられる燃料噴射弁などであってもよい。   The fuel injection valve is not limited to a fuel injection valve used for a diesel engine, and may be a fuel injection valve used for a cylinder injection gasoline engine, for example.

本発明にかかるピエゾアクチュエータの駆動装置の第1の実施形態の全体構成を示す図。The figure which shows the whole structure of 1st Embodiment of the drive device of the piezoelectric actuator concerning this invention. 同実施形態の燃料噴射弁の断面構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the cross-sectional structure of the fuel injection valve of the embodiment. 同実施形態におけるピエゾ素子の充電制御及び放電制御を示すタイムチャート。The time chart which shows charge control and discharge control of the piezo element in the same embodiment. 同実施形態の充電制御態様を示す図。The figure which shows the charge control aspect of the embodiment. 同実施形態の放電制御態様を示す図。The figure which shows the discharge control aspect of the embodiment. 同実施形態の充電制御を説明するためのタイムチャート。The time chart for demonstrating the charge control of the embodiment. 同実施形態の充電制御の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the charge control of the embodiment. 同実施形態の放電制御の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the discharge control of the embodiment. 第2の実施形態の充電制御態様を示すタイムチャート。The time chart which shows the charge control aspect of 2nd Embodiment. 第3の実施形態の充電制御態様を示すタイムチャート。The time chart which shows the charge control aspect of 3rd Embodiment. 第4の実施形態の充電制御態様を示すタイムチャート。The time chart which shows the charge control aspect of 4th Embodiment. 上記第1の実施形態の変形例における充電制御態様を示すタイムチャート。The time chart which shows the charge control aspect in the modification of the said 1st Embodiment. 上記第1の実施形態の変形例における燃料噴射弁の断面構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the cross-sectional structure of the fuel injection valve in the modification of the said 1st Embodiment. 従来のピエゾアクチュエータの駆動装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the drive device of the conventional piezoelectric actuator. 上記従来の駆動装置によるピエゾ素子の充電制御及び放電制御を示すタイムチャート。The time chart which shows the charge control and discharge control of a piezoelectric element by the said conventional drive device.

符号の説明Explanation of symbols

Pa…ピエゾ素子、PI…燃料噴射弁、B…バッテリ、1…電子制御装置、2…制御回路、42…コンデンサ、44…充電スイッチ、46…充放電コイル、50…放電スイッチ。   Pa ... piezo element, PI ... fuel injection valve, B ... battery, 1 ... electronic control device, 2 ... control circuit, 42 ... capacitor, 44 ... charge switch, 46 ... charge / discharge coil, 50 ... discharge switch.

Claims (8)

アクチュエータとして機能するピエゾ素子とコイルとの直列回路を流れる電流量の増加制御及び減少制御を繰り返すことで、前記ピエゾ素子を充電するピエゾアクチュエータの駆動装置において、
前記減少制御から前記増加制御への切り替えを、前記充電の初期に前記電流量がゼロとなる前に行い、その後、ゼロとなることで行う制御手段を備えることを特徴とするピエゾアクチュエータの駆動装置。
In a drive device for a piezo actuator that charges the piezo element by repeating increase control and decrease control of the amount of current flowing through the series circuit of the piezo element and the coil functioning as an actuator,
A drive device for a piezo actuator, comprising control means for performing switching from the decrease control to the increase control before the amount of current becomes zero in the initial stage of the charge, and then when the current amount becomes zero. .
前記制御手段は、前記ピエゾ素子、前記コイル及び給電手段の直列回路の途中に接続された充電スイッチのオン操作により、前記ピエゾ素子、前記コイル、前記充電スイッチ及び前記給電手段が直列接続された閉ループ回路を用いて前記増加制御を行い、前記充電スイッチのオフ操作により、前記ピエゾ素子、前記コイル及び整流手段が直列接続された閉ループ回路を用いて前記減少制御を行う請求項1記載のピエゾアクチュエータの駆動装置。   The control means is a closed loop in which the piezo element, the coil, the charge switch, and the power supply means are connected in series by turning on a charge switch connected in the middle of the series circuit of the piezo element, the coil, and the power supply means. 2. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the increase control is performed using a circuit, and the decrease control is performed using a closed loop circuit in which the piezo element, the coil, and the rectifier are connected in series by turning off the charging switch. Drive device. アクチュエータとして機能するピエゾ素子とコイルとの直列回路を流れる電流量の増加制御及び減少制御を繰り返すことで、前記ピエゾ素子を放電するピエゾアクチュエータの駆動装置において、
前記減少制御から前記増加制御への切り替えを、前記放電の初期に前記電流量がゼロとなる前に行い、その後、ゼロとなることで行う制御手段を備えることを特徴とするピエゾアクチュエータの駆動装置。
In a drive device for a piezo actuator that discharges the piezo element by repeating increase control and decrease control of the amount of current flowing through the series circuit of the piezo element and the coil functioning as an actuator,
A drive device for a piezo actuator, comprising control means for performing switching from the decrease control to the increase control before the amount of current becomes zero at the initial stage of the discharge, and thereafter, when the current amount becomes zero. .
前記制御手段は、前記ピエゾ素子及び前記コイルの直列回路に接続された放電スイッチのオン操作により、前記ピエゾ素子、前記コイル及び前記放電スイッチが直列接続された閉ループ回路を用いて前記増加制御を行い、前記放電スイッチのオフ操作により、前記ピエゾ素子、前記コイル、整流手段及び前記ピエゾ素子の充電のための給電手段が直列接続された閉ループ回路を用いて前記減少制御を行う請求項3記載のピエゾアクチュエータの駆動装置。   The control means performs the increase control using a closed loop circuit in which the piezo element, the coil, and the discharge switch are connected in series by turning on a discharge switch connected to the series circuit of the piezo element and the coil. 4. The piezo according to claim 3, wherein the reduction control is performed using a closed loop circuit in which the piezo element, the coil, the rectifying means, and a power supply means for charging the piezo element are connected in series by turning off the discharge switch. Actuator drive. 前記制御手段は、前記増加制御から前記減少制御への切り替えを、前記増加制御としてから所定期間経過するときに行う請求項1〜4のいずれかに記載のピエゾアクチュエータの駆動装置。   5. The drive device for a piezo actuator according to claim 1, wherein the control unit performs switching from the increase control to the decrease control when a predetermined period elapses after the increase control. 6. 前記制御手段は、前記増加制御から前記減少制御への切り替えを、前記電流量が所定の上限値に達するときに行う請求項1〜5のいずれかに記載のピエゾアクチュエータの駆動装置。   The piezo actuator driving apparatus according to claim 1, wherein the control unit performs switching from the increase control to the decrease control when the amount of current reaches a predetermined upper limit value. 前記制御手段は、前記増減制御の初期において、前記電流量が所定の下限値まで減少することで前記減少制御から前記増加制御への切り替えを行う請求項1〜6のいずれかに記載のピエゾアクチュエータの駆動装置。   The piezo actuator according to any one of claims 1 to 6, wherein the control means switches from the decrease control to the increase control by decreasing the current amount to a predetermined lower limit value at an initial stage of the increase / decrease control. Drive device. 前記制御手段は、前記増減制御の回数、前記増減制御を行った時間、及び前記ピエゾ素子の電圧の少なくとも1つに基づき、前記減少制御から前記増加制御への切り替えを前記電流量がゼロとなることで行なうタイミングを決定する請求項1〜7のいずれかに記載のピエゾアクチュエータの駆動装置。   The control means switches the decrease control to the increase control based on at least one of the number of times of the increase / decrease control, the time when the increase / decrease control is performed, and the voltage of the piezo element, and the current amount becomes zero. 8. The drive device for a piezo actuator according to claim 1, wherein the timing to be performed is determined.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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RU2631332C2 (en) * 2015-07-09 2017-09-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет") Device and method of self-sensitive ultrasonic motor control

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RU2631332C2 (en) * 2015-07-09 2017-09-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет") Device and method of self-sensitive ultrasonic motor control

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