JP2006214783A - Method for measuring displacement of piezoelectric actuator and drive device of piezoelectric actuator - Google Patents

Method for measuring displacement of piezoelectric actuator and drive device of piezoelectric actuator Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To properly measure the displacement of a piezoelectric actuator for controlling the displacement of the piezoelectric actuator by repeating increasing operation and decreasing operation of current flowing through the piezoelectric element functioning as an actuator. <P>SOLUTION: For decompression controlling a piezoelectric element, when the displacement of the piezoelectric element is measured by the voltage while applying charging process to it, the displacement can not be measured as a unique value because of voltage vibration of the piezoelectric element. By using the integrated value of the voltage, those problems caused by the voltage vibration of the piezoelectric element is avoided and the displacement of the piezoelectric element is measured. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、アクチュエータとして機能するピエゾ素子を介して流れる電流量の増加操作及び減少操作を繰り返すことで前記ピエゾ素子の変位量を制御するものについて、ピエゾ素子の電気的な状態量によって前記変位量を間接的に計測する計測方法に関する。また、本発明は、アクチュエータとして機能するピエゾ素子を介して流れる電流量の増加操作及び減少操作を繰り返すことで、前記ピエゾ素子の変位量を制御するピエゾアクチュエータの駆動装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for controlling the displacement amount of the piezo element by repeating an increase operation and a decrease operation of the amount of current flowing through the piezo element functioning as an actuator. The present invention relates to a measurement method for indirectly measuring. The present invention also relates to a drive device for a piezo actuator that controls an amount of displacement of the piezo element by repeating an increase operation and a decrease operation of an amount of current flowing through the piezo element that functions as an actuator.

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)等のピエゾ素子が逆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設けられる。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。   The piezoelectric 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 reverse piezoelectric effect. For example, the piezoelectric actuator is provided in a fuel injection valve in a common rail fuel injection device of a diesel engine. . The piezo actuator is a capacitive load, and can be switched between an expanded state and a contracted state by charging and discharging.

ピエゾアクチュエータの駆動装置は、ピエゾ素子を充電、及び放電することでピエゾアクチュエータを伸長、及び縮小させるものである。この駆動装置としては、チョッパ制御により、ピエゾ素子の充電及び放電を行うことでピエゾ素子の変位量を制御するものが知られている(特許文献1〜4)。この駆動装置は、変位量の増加制御時には、チョッパ制御にかかる充電用のスイッチング素子のオン・オフ操作の繰り返しにより、ピエゾ素子及びコイルの直列回路に流れる電流量の増加、減少を繰り返すことで、ピエゾ素子への充電を行う。また、変位量の減少制御時には、チョッパ制御にかかる放電用のスイッチング素子のオン・オフ操作の繰り返しにより、ピエゾ素子及びコイルの直列回路に流れる電流量の増加、減少を繰り返すことで、ピエゾ素子の放電を行う。   The drive device for a piezo actuator extends and contracts the piezo actuator by charging and discharging a piezo element. As this drive device, one that controls the amount of displacement of the piezo element by charging and discharging the piezo element by chopper control is known (Patent Documents 1 to 4). This drive device repeats the increase and decrease of the amount of current flowing in the series circuit of the piezo element and the coil by repeating the ON / OFF operation of the switching element for charging according to the chopper control during the increase control of the displacement amount. Charge the piezo element. In addition, during the reduction control of the displacement amount, by repeating the ON / OFF operation of the discharge switching element for chopper control, the increase and decrease in the amount of current flowing in the series circuit of the piezo element and the coil are repeated, so that the piezo element Discharge.

こうした制御を行う際、ピエゾ素子の変位量を計測するためには、ピエゾ素子の電圧を用いることが考えられる。ただし、上記制御時には、ピエゾ素子の抵抗成分や圧電現象等によって電圧振動を伴うため、電圧を用いて計測される変位量の計測値は階段状及び波状となる。そして、同一の計測値を異なるタイミングでとることがあり、ピエゾ素子の変位量を正確に把握することが困難となっている。
特開平11−317551号公報 特開2002−136156号公報 特開2002−159190号公報 特開2001−53348号公報
When performing such control, it is conceivable to use the voltage of the piezo element in order to measure the amount of displacement of the piezo element. However, during the above control, voltage oscillation is caused by the resistance component of the piezo element, the piezoelectric phenomenon, and the like. Therefore, the measured value of the displacement measured using the voltage is stepped and waved. The same measurement value may be taken at different timings, and it is difficult to accurately grasp the displacement amount of the piezo element.
JP-A-11-317551 JP 2002-136156 A JP 2002-159190 A JP 2001-53348 A

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、アクチュエータとして機能するピエゾ素子を介して流れる電流量の増加操作及び減少操作を繰り返すことで前記ピエゾ素子の変位量を制御するに際し、変位量を適切に計測することのできるピエゾアクチュエータの変位量の計測方法に関する。また、本発明の目的は、アクチュエータとして機能するピエゾ素子を介して流れる電流量の増加操作及び減少操作を繰り返すことで前記ピエゾ素子の変位量を制御するに際し、変位量を適切に計測して制御態様の調整を適切に行うことのできるピエゾアクチュエータの駆動装置を提供することにある。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to reduce the displacement amount of the piezo element by repeating an increase operation and a decrease operation of the amount of current flowing through the piezo element functioning as an actuator. The present invention relates to a method for measuring a displacement amount of a piezo actuator capable of appropriately measuring a displacement amount when controlling. Another object of the present invention is to appropriately measure and control the amount of displacement when controlling the amount of displacement of the piezo element by repeatedly increasing and decreasing the amount of current flowing through the piezo element that functions as an actuator. It is an object of the present invention to provide a drive device for a piezo actuator capable of appropriately adjusting the aspect.

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。   Hereinafter, means for solving the above-described problems and the effects thereof will be 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を介して流れる電流量の増加操作及び減少操作を繰り返すことで前記ピエゾ素子の変位量を制御するものについて、前記ピエゾ素子の電気的な状態量によって前記変位量を間接的に計測する方法であって、前記ピエゾ素子を介して流れる電流量及び前記ピエゾ素子の電圧の少なくとも一方を独立変数として含む関数の時間についての積分値に基づき、前記制御時における前記変位量を計測する。   In the first aspect, the displacement amount of the piezo element is controlled by repeatedly increasing and decreasing the amount of current flowing through the piezo element that functions as an actuator. A method for indirectly measuring the amount, based on an integral value with respect to time of a function including at least one of an amount of current flowing through the piezo element and a voltage of the piezo element as an independent variable. Measure the displacement.

上記関数の独立変数がピエゾ素子の電圧を含む場合には、電圧が変位量と相関を有するために、関数も変位量と相関を有する。また、独立変数がピエゾ素子を介して流れる電流を含む場合には、電流の積分値が変位量と相関を有するため、関数の積分値も変位量と相関を有する。そして、関数の時間による積分値は、電圧の振動等に起因した関数の値の変動影響が好適に抑制されたものとなる。このため、この関数の積分値を用いて、ピエゾ素子の変位量を適切に計測することができる。   When the independent variable of the function includes the voltage of the piezo element, since the voltage has a correlation with the displacement amount, the function also has a correlation with the displacement amount. In addition, when the independent variable includes a current flowing through the piezo element, the integral value of the current has a correlation with the displacement amount, and thus the integral value of the function also has a correlation with the displacement amount. The integral value according to the time of the function is one in which the influence of the fluctuation of the function value due to voltage oscillation or the like is suitably suppressed. For this reason, the displacement amount of the piezo element can be appropriately measured using the integral value of this function.

手段2では、手段1において、前記積分値が、前記電圧、前記電流、及び前記電圧と前記電流との積のいずれかの時間についての積分である。   In the means 2, in the means 1, the integral value is an integral over time of any one of the voltage, the current, and a product of the voltage and the current.

ここで、電圧は、ピエゾ素子の変位量と相関を有する量である。また、電流の時間による積分値も、ピエゾ素子の変位量と相関を有する量である。更に、電流と電圧の積は、ピエゾ素子に供給されるエネルギの変化量であるため、電流と電圧の積の積分値は、ピエゾ素子の変位量と相関を有する。   Here, the voltage is an amount having a correlation with the displacement amount of the piezoelectric element. Further, the integrated value of the current over time is also an amount having a correlation with the displacement amount of the piezoelectric element. Furthermore, since the product of current and voltage is the amount of change in energy supplied to the piezo element, the integral value of the product of current and voltage has a correlation with the amount of displacement of 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を介して流れる電流量の増加操作及び減少操作を繰り返すことで前記ピエゾ素子の変位量を制御するものについて、前記ピエゾ素子の電気的な状態量によって前記変位量を間接的に計測する方法であって、前記制御に際しての前記ピエゾ素子の電圧の振動に起因した前記変位量の計測値の変動を除去する処理を施した後に、前記変位量を計測する。   In the means 3, the displacement amount of the piezo element is controlled by repeatedly increasing and decreasing the amount of current flowing through the piezo element functioning as an actuator. The displacement is determined by the electrical state quantity of the piezo element. In this method, the amount of displacement is measured after performing a process of removing fluctuations in the measured value of the amount of displacement caused by vibration of the voltage of the piezoelectric element during the control.

上記方法では、上記変動を除去する処理が施された後の電気的な状態量が計測されるために、変位量を適切に計測することができる。   In the above method, the amount of displacement can be appropriately measured because the electrical state quantity after the process for removing the variation is performed.

手段4では、手段3において、前記計測を、前記ピエゾ素子の電圧を独立変数として含む関数の時間による積分値の計測として行う。   In the means 4, in the means 3, the measurement is performed as measurement of an integral value by a function time including the voltage of the piezo element as an independent variable.

上記関数は、ピエゾ素子の変位量と相関を有するピエゾ素子の電圧をその独立変数として含むため、変位量と相関を有する。そして、関数の時間による積分値は、上記電圧の振動等に起因した関数の値の変動影響が好適に抑制されたものとなる。このため、この関数の積分値を用いて変位量を適切に計測することができる。   Since the function includes the voltage of the piezo element having a correlation with the displacement amount of the piezo element as an independent variable, the function has a correlation with the displacement amount. The integral value according to the time of the function is one in which the influence of the fluctuation of the function value due to the vibration of the voltage or the like is suitably suppressed. For this reason, the displacement amount can be appropriately measured using the integral value of this function.

手段5では、手段3において、前記計測を、前記ピエゾ素子の電圧を独立変数として含む関数の値に平滑化処理を施したものの計測として行う。   In the means 5, the measurement is performed in the means 3 as a result of smoothing a function value including the voltage of the piezoelectric element as an independent variable.

上記関数は、ピエゾ素子の変位量と相関を有するパラメータである電圧をその独立変数として含むため、変位量と相関を有するものとなっている。そして、関数の値に平滑化処理を施すことで、上記電圧の振動に起因した関数の値の変動を好適に抑制することができる。このため、この平滑化処理の施された関数の値を用いて、変位量を適切に計測することができる。   Since the function includes a voltage, which is a parameter having a correlation with the displacement amount of the piezo element, as an independent variable, the function has a correlation with the displacement amount. Then, by performing the smoothing process on the function value, the fluctuation of the function value caused by the vibration of the voltage can be suitably suppressed. For this reason, it is possible to appropriately measure the amount of displacement using the value of the function subjected to the smoothing process.

なお、手段5は、手段6によるように、前記平滑化処理を施したものが、前記ピエゾ素子の電圧に、平滑化回路及びソフトウェアの少なくとも一方によって平滑化処理を施したものとしてもよい。   Note that the means 5 may be the one that has been subjected to the smoothing process, as in the case of the means 6, and the voltage of the piezoelectric element has been subjected to the smoothing process by at least one of a smoothing circuit and software.

手段7では、手段1〜6のいずれかにおいて、前記変位量の制御は、前記ピエゾ素子に充電された電荷を放電することで該ピエゾ素子を縮小する制御であり、前記変位量の計測は、前記ピエゾ素子の縮小速度を把握するために行う。   In the means 7, in any one of the means 1 to 6, the control of the displacement amount is control for reducing the piezoelectric element by discharging the electric charge charged in the piezoelectric element, and the measurement of the displacement amount is as follows: This is performed in order to grasp the reduction speed of the piezo element.

ピエゾ素子の電圧の「0V」近傍では、電流が流れにくくなり、完全な「0V」にすることが困難である。このため、例えばピエゾ素子の電圧が「0V」となるのに要する時間を計測することで縮小速度を計測するようにすると、計測誤差が大きくなる。   In the vicinity of “0V” of the voltage of the piezo element, it is difficult for current to flow, and it is difficult to make it completely “0V”. For this reason, for example, if the reduction speed is measured by measuring the time required for the voltage of the piezo element to be “0 V”, the measurement error increases.

これに対し、ピエゾ素子の電圧を「0V」とする制御中にピエゾ素子の変位量を計測し、変位量が所定値となるまでに要する時間によって縮小速度(放電速度)を計測しようとすると、ピエゾ素子の電圧振動のため、縮小速度が一義的に定まらないおそれがある。   On the other hand, when the displacement of the piezo element is measured during the control to set the voltage of the piezo element to “0 V”, and the reduction speed (discharge speed) is measured according to the time required until the displacement reaches a predetermined value, Due to the voltage oscillation of the piezo element, the reduction speed may not be uniquely determined.

この点、上記方法では、変位量の計測が手段1〜6の態様にて行われるために、縮小速度を好適に把握することができる。   In this regard, in the above method, since the displacement amount is measured in the form of the means 1 to 6, the reduction speed can be suitably grasped.

手段8では、手段7において、前記縮小速度は、前記ピエゾ素子の電圧が「10〜60V」内の任意の値に相当するところまで前記ピエゾ素子が縮小するのに要する時間として把握されるものである。   In the means 8, in the means 7, the reduction speed is grasped as a time required for the piezoelectric element to reduce to a point where the voltage of the piezoelectric element corresponds to an arbitrary value within “10 to 60V”. is there.

縮小速度を計測する際には、ピエゾ素子の電圧が「0V」近傍となるときを利用すると上述したように誤差が大きくなる。一方、ピエゾ素子の電圧が過度に高いところを利用しても、誤差が大きくなる。   When measuring the reduction speed, if the case where the voltage of the piezo element is in the vicinity of “0 V” is used, the error increases as described above. On the other hand, even if a location where the voltage of the piezo element is excessively high is used, the error increases.

この点、上記方法では、ピエゾ素子の電圧が「10〜60V」であるときを利用することで、縮小速度を精度良く計測することができる。   In this regard, in the above method, the reduction speed can be accurately measured by using the case where the voltage of the piezo element is “10 to 60 V”.

なお、上記「任意の値に相当するところまで前記ピエゾ素子が縮小するのに要する時間」とは、手段1の構成を備える場合には、「10〜60V」内の任意の値に対応した所定値に上記積分値が達するのに要する時間を意味する。また、手段3の構成を備える場合には、「10〜60V」内の任意の値に対応した所定値に、上記変動を除去する処理の施された関数の値が達するのに要する時間を意味する。   The “time required for the piezo element to be reduced to a value corresponding to an arbitrary value” is a predetermined value corresponding to an arbitrary value within “10 to 60 V” when the configuration of the means 1 is provided. It means the time required for the integrated value to reach the value. In the case where the configuration of the means 3 is provided, it means the time required for the value of the function subjected to the processing for removing the fluctuations to reach a predetermined value corresponding to an arbitrary value within “10 to 60 V”. To do.

手段9では、手段1〜7のいずれかにおいて、前記増加操作は、チョッパ制御にかかるスイッチング素子のオン操作として行われ、前記減少操作は、前記スイッチング素子のオフ操作として行われる。   In the means 9, in any one of the means 1 to 7, the increase operation is performed as an ON operation of the switching element for chopper control, and the decrease operation is performed as an OFF operation of the switching element.

上記方法によれば、チョッパ制御を用いることで、ピエゾ素子の充電や放電を簡易に行うことができ、ひいては、変位量の制御を簡易に行うことができる。   According to the above method, by using the chopper control, the piezo element can be easily charged or discharged, and the displacement amount can be easily controlled.

手段10では、アクチュエータとして機能するピエゾ素子を介して流れる電流量の増加操作及び減少操作を繰り返すことで、前記ピエゾ素子の変位量を制御するピエゾアクチュエータの駆動装置において、前記ピエゾ素子を介して流れる電流量及び前記ピエゾ素子の電圧の少なくとも一方を独立変数として含む関数の時間についての積分値に基づき、前記制御時における前記変位量を計測する手段を備える。   The means 10 repeats an increase operation and a decrease operation of the amount of current flowing through the piezo element functioning as an actuator, so that the piezo actuator drive device that controls the displacement amount of the piezo element flows through the piezo element. Means for measuring the amount of displacement at the time of the control based on an integral value with respect to time of a function including at least one of a current amount and a voltage of the piezoelectric element as an independent variable.

上記関数の独立変数がピエゾ素子の電圧を含む場合には、電圧が変位量と相関を有するために、関数も変位量と相関を有する。また、独立変数がピエゾ素子を介して流れる電流を含む場合には、電流の積分値が変位量と相関を有するため、関数の積分値も変位量と相関を有する。そして、関数の時間による積分値は、電圧の振動に起因した関数の値の変動影響が好適に抑制されたものとなる。このため、この関数の積分値を用いて変位量を好適に把握することができる。そして、こうして計測された変位量を用いることで、変位量の制御の態様を好適に調整することもできる。   When the independent variable of the function includes the voltage of the piezo element, since the voltage has a correlation with the displacement amount, the function also has a correlation with the displacement amount. In addition, when the independent variable includes a current flowing through the piezo element, the integral value of the current has a correlation with the displacement amount, and thus the integral value of the function also has a correlation with the displacement amount. Then, the integral value according to the time of the function is one in which the influence of the fluctuation of the value of the function due to the voltage oscillation is suitably suppressed. For this reason, the amount of displacement can be suitably grasped using the integral value of this function. Then, by using the displacement amount thus measured, it is possible to suitably adjust the displacement amount control mode.

なお、上記変位量の計測は、上記手段2,7,8のいずれかに記載の手法にて行ってもよい。更に、上記制御としては、手段9に示すようにチョッパ制御を適用してもよい。   The displacement amount may be measured by the method described in any one of the means 2, 7, and 8. Further, as the above control, chopper control may be applied as shown in the means 9.

手段11では、アクチュエータとして機能するピエゾ素子を介して流れる電流量の増加操作及び減少操作を繰り返すことで、前記ピエゾ素子の変位量を制御するピエゾアクチュエータの駆動装置において、前記制御に際しての前記ピエゾ素子の電圧の振動に起因した前記変位量の計測値の変動を除去する処理を施した後に前記変位量を計測する手段を備える。   In the means 11, in the driving device of the piezo actuator for controlling the displacement amount of the piezo element by repeating the increase operation and the decrease operation of the current amount flowing through the piezo element functioning as an actuator, the piezo element at the time of the control Means for measuring the amount of displacement after performing a process of removing the variation of the measured value of the amount of displacement caused by the vibration of the voltage of

上記構成では、上記変動を除去する処理が施された後、変位量が計測されるために、変位量を適切に計測することができる。   In the above configuration, the displacement amount is measured after the processing for removing the fluctuation is performed, and thus the displacement amount can be appropriately measured.

なお、上記変位量の計測は、上記手段4〜8のいずれかに記載の手法にて行ってもよい。更に、上記制御としては、手段9に示すようにチョッパ制御を適用してもよい。   In addition, you may perform the measurement of the said displacement amount by the method in any one of the said means 4-8. Further, as the above control, chopper control may be applied as shown in the means 9.

手段12では、アクチュエータとして機能するピエゾ素子を介して流れる電流量の増加操作及び減少操作を繰り返すことで、前記ピエゾ素子の変位量を制御するピエゾアクチュエータの駆動装置において、前記ピエゾ素子を介して流れる電流量及び前記ピエゾ素子の電圧の少なくとも一方を独立変数として含む関数の時間についての積分値に基づき計測された前記制御時における前記変位量に基づき、前記制御の態様が調整されてなる。   In the means 12, in the driving device of the piezo actuator for controlling the displacement amount of the piezo element by repeating the increase operation and the decrease operation of the current amount flowing through the piezo element functioning as an actuator, the current flows through the piezo element. The mode of the control is adjusted based on the displacement amount at the time of the control measured based on the integral value with respect to the time of the function including at least one of the current amount and the voltage of the piezoelectric element as an independent variable.

上記関数の独立変数がピエゾ素子の電圧を含む場合には、電圧が変位量と相関を有するために、関数も変位量と相関を有する。また、独立変数がピエゾ素子を介して流れる電流を含む場合には、電流の積分値が変位量と相関を有するため、関数の積分値も変位量と相関を有する。そして、関数の時間による積分値は、電圧の振動に起因した関数の値の変動影響が好適に抑制されたものとなる。このため、この関数の積分値を用いて変位量を好適に把握することができる。そして、こうして計測された変位量を用いることで、当該駆動装置の製造時において、変位量の制御の態様を好適に調整することができる。   When the independent variable of the function includes the voltage of the piezo element, since the voltage has a correlation with the displacement amount, the function also has a correlation with the displacement amount. In addition, when the independent variable includes a current flowing through the piezo element, the integral value of the current has a correlation with the displacement amount, and thus the integral value of the function also has a correlation with the displacement amount. Then, the integral value according to the time of the function is one in which the influence of the fluctuation of the value of the function due to the voltage oscillation is suitably suppressed. For this reason, the amount of displacement can be suitably grasped using the integral value of this function. Then, by using the displacement amount thus measured, it is possible to suitably adjust the displacement control mode when the drive device is manufactured.

なお、上記変位量の計測は、上記手段2、7、8のいずれかに記載の手法にて行ってもよい。更に、上記制御としては、手段9に示すようにチョッパ制御を適用してもよい。   The displacement amount may be measured by the method described in any one of the means 2, 7, and 8. Further, as the above control, chopper control may be applied as shown in the means 9.

手段13では、アクチュエータとして機能するピエゾ素子を介して流れる電流量の増加操作及び減少操作を繰り返すことで、前記ピエゾ素子の変位量を制御するピエゾアクチュエータの駆動装置において、前記制御に際しての前記ピエゾ素子の電圧の振動に起因した前記変位量の計測値の変動を除去する処理を施した後に計測される前記変位量に基づき、前記制御の態様が調整されてなる。   The means 13 repeats an increase operation and a decrease operation of the amount of current flowing through the piezo element functioning as an actuator, so that in the piezo actuator drive device that controls the displacement amount of the piezo element, the piezo element at the time of the control The mode of the control is adjusted based on the displacement amount measured after the process of removing the variation in the measured value of the displacement amount due to the vibration of the voltage.

上記構成では、上記変動を除去する処理が施された後、変位量が計測されるために、変位量を適切に計測することができる。このため、この計測された変位量を用いて変位量の制御の態様を好適に調整することもできる。そして、こうして計測された変位量を用いることで、当該駆動装置の製造時において、変位量の制御の態様を好適に調整することができる。   In the above configuration, the displacement amount is measured after the processing for removing the fluctuation is performed, and thus the displacement amount can be appropriately measured. For this reason, it is possible to suitably adjust the control mode of the displacement amount using the measured displacement amount. Then, by using the displacement amount thus measured, it is possible to suitably adjust the displacement control mode when the drive device is manufactured.

なお、上記変位量の計測は、上記手段4〜8のいずれかに記載の手法にて行ってもよい。更に、上記制御としては、手段9に示すようにチョッパ制御を適用してもよい。   In addition, you may perform the measurement of the said displacement amount by the method in any one of the said means 4-8. Further, as the above control, chopper control may be applied as shown in the means 9.

(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変位量の計測方法及び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の備えるピエゾアクチュエータに適用した第1の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which a method for measuring a displacement amount of a piezoelectric actuator and a driving device for a piezoelectric actuator according to the present invention are applied to a piezoelectric actuator provided in a fuel injection valve of a diesel engine will be described with reference to the drawings.

図1に、上記ディーゼルエンジン用燃料噴射システムの全体構成を示す。図示されるように、燃料タンク2の燃料は、燃料フィルタ4を介して高圧燃料供給ポンプ6に内蔵されるフィードポンプによって汲み上げられ、コモンレール8に加圧供給される。コモンレール8にて高圧状態で蓄えられた燃料は、高圧燃料供給パイプ10を介して、4気筒のディーゼルエンジンの各々の気筒に設けられる燃料噴射弁12に供給される。また、燃料噴射弁12の各々は、その内部から出てきたリーク燃料を燃料タンク2に戻すための低圧燃料供給パイプ14に接続されている。   FIG. 1 shows the overall configuration of the diesel engine fuel injection system. As shown in the figure, the fuel in the fuel tank 2 is pumped up by the feed pump built in the high-pressure fuel supply pump 6 through the fuel filter 4 and pressurized and supplied to the common rail 8. The fuel stored in the common rail 8 in a high pressure state is supplied to a fuel injection valve 12 provided in each cylinder of a four-cylinder diesel engine via a high-pressure fuel supply pipe 10. Each of the fuel injection valves 12 is connected to a low-pressure fuel supply pipe 14 for returning the leaked fuel that has come out from the fuel injection valve 12 to the fuel tank 2.

コモンレール8内の燃圧を検出する燃料圧力センサ16等の各種センサの検出値は、制御装置20に取り込まれる。そして、制御装置20では、こうした検出値に基づき、燃料噴射弁12等のディーゼルエンジンの各種アクチュエータを操作する。次に、燃料噴射弁12に設けられるピエゾ素子と、その充電及び放電を行う制御装置20について詳述する。   Detection values of various sensors such as the fuel pressure sensor 16 that detects the fuel pressure in the common rail 8 are taken into the control device 20. And in the control apparatus 20, various actuators of diesel engines, such as the fuel injection valve 12, are operated based on such a detected value. Next, the piezo element provided in the fuel injection valve 12 and the control device 20 that performs charging and discharging will be described in detail.

図2に、燃料噴射弁12の備えるピエゾ素子、及び制御装置20の構成を示す。   FIG. 2 shows the configuration of the piezo element included in the fuel injection valve 12 and the control device 20.

図示されるように、ピエゾ素子PE(各気筒に対応してピエゾ素子pa〜pdと表記)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、これが逆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PE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。ちなみに、本実施形態にかかるピエゾ素子PEは、PZT等の圧電材料の圧電素子を利用したものである。   As shown in the figure, the piezo element PE (piezo elements pa to pd corresponding to each cylinder) includes a laminated body (piezo stack) in which a plurality of piezoelectric elements are laminated, and this is expanded and contracted by a reverse piezoelectric effect. This functions as an actuator. Specifically, the piezo element PE is a capacitive load, and expands when charged and shrinks when discharged. Incidentally, the piezoelectric element PE according to the present embodiment uses a piezoelectric element of a piezoelectric material such as PZT.

ここで、ピエゾ素子PEを駆動する駆動回路について説明する。   Here, a drive circuit for driving the piezo element PE will be described.

バッテリBa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30に供給される。DC/DCコンバータ30は、バッテリBaの電圧(例えば「12V」)を、ピエゾ素子PEを充電するための高電圧(例えば「200〜300V」)に昇圧する。   The power supplied from the battery Ba is first supplied to the DC / DC converter 30 which is a booster circuit. The DC / DC converter 30 boosts the voltage (for example, “12 V”) of the battery Ba to a high voltage (for example, “200 to 300 V”) for charging the piezo element PE.

DC/DCコンバータ30の昇圧電圧は、コンデンサ32に印加される。コンデンサ32は、その一方の端子がDC/DCコンバータ30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30の昇圧電圧がコンデンサ32に印加されると、コンデンサ32はピエゾ素子PEに供給するための電荷を蓄える。ちなみに、コンデンサ32は、ピエゾ素子PEへの一回の充電処理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)を有するものであることが望ましい。   The boosted voltage of the DC / DC converter 30 is applied to the capacitor 32. One terminal of the capacitor 32 is connected to the DC / DC converter 30 side, and the other terminal is grounded. When the boosted voltage of the DC / DC converter 30 is applied to the capacitor 32, the capacitor 32 stores electric charge to be supplied to the piezo element PE. Incidentally, it is desirable that the capacitor 32 has a capacity (for example, about “several hundred μF”) such that the voltage hardly changes by a single charging process to the piezo element PE.

コンデンサ32のうちの高電位となる端子側、すなわち、DC/DCコンバータ30側は、充電スイッチ34と充放電コイル36との直列接続体を介して、ピエゾ素子PE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PEの低電位となる端子側は、接地されている。   The high potential terminal side of the capacitor 32, that is, the DC / DC converter 30 side is connected to the high potential terminal side of the piezo element PE via the series connection body of the charge switch 34 and the charge / discharge coil 36. It is connected. And the terminal side which becomes the low electric potential of the piezo element PE is grounded.

詳しくは、各ピエゾ素子pa〜pdと接地との間には、気筒選択スイッチ38が接続されており、これにより、ピエゾ素子pa〜pdのいずれに対して充電処理又は放電処理を行うかを選択するようになっている。また、ピエゾ素子paとピエゾ素子pdとの並列回路と、ピエゾ素子pbとピエゾ素子pcとの並列回路とには、それぞれこれらと充放電コイル36とを接続するバンク選択スイッチ40が接続されている。このバンク選択スイッチ40は、複数気筒の同時噴射や、退避走行時に2気筒のみを用いることを可能とするスイッチである。ちなみに、ピエゾ素子pa〜pdは、ピエゾ素子paが1番気筒、ピエゾ素子pbが2番気筒、ピエゾ素子pcが3番気筒、ピエゾ素子pdが4番気筒に対応している。   Specifically, a cylinder selection switch 38 is connected between each of the piezo elements pa to pd and the ground, thereby selecting which of the piezo elements pa to pd is to be charged or discharged. It is supposed to be. A bank selection switch 40 that connects the charge / discharge coil 36 to each of the parallel circuit of the piezoelectric element pa and the piezoelectric element pd and the parallel circuit of the piezoelectric element pb and the piezoelectric element pc are connected to the parallel circuit. . The bank selection switch 40 is a switch that allows only two cylinders to be used during simultaneous injection of a plurality of cylinders or during retreat travel. Incidentally, in the piezoelectric elements pa to pd, the piezoelectric element pa corresponds to the first cylinder, the piezoelectric element pb corresponds to the second cylinder, the piezoelectric element pc corresponds to the third cylinder, and the piezoelectric element pd corresponds to the fourth cylinder.

充電スイッチ34と充放電コイル36との間には、放電スイッチ42の一方の端子が接続されており、放電スイッチ42の他方の端子は、接地されている。   One terminal of a discharge switch 42 is connected between the charge switch 34 and the charge / discharge coil 36, and the other terminal of the discharge switch 42 is grounded.

放電スイッチ42には、ダイオード44が並列接続されている。このダイオード44は、そのカソード側がコンデンサ32及び充放電コイル36との間に、またそのアノード側が接地側にそれぞれ接続されている。このダイオード44は、コンデンサ32、充電スイッチ34、充放電コイル36と共に、ピエゾ素子PEを充電するチョッパ回路を構成するものであり、フリーホイーリングダイオードとして機能する。   A diode 44 is connected in parallel to the discharge switch 42. The diode 44 has a cathode connected between the capacitor 32 and the charge / discharge coil 36 and an anode connected to the ground. The diode 44, together with the capacitor 32, the charge switch 34, and the charge / discharge coil 36, constitutes a chopper circuit that charges the piezo element PE, and functions as a freewheeling diode.

一方、充電スイッチ34には、ダイオード46が並列接続されている。このダイオード46は、そのカソード側がコンデンサ32側と、またそのアノード側が放電スイッチ42側と接続されている。このダイオード46は、コンデンサ32、充放電コイル36、放電スイッチ42と共に、ピエゾ素子PEの電荷を放電するチョッパ回路を構成するものであり、フリーホイーリングダイオードとして機能する。   On the other hand, a diode 46 is connected to the charge switch 34 in parallel. The diode 46 has a cathode side connected to the capacitor 32 side and an anode side connected to the discharge switch 42 side. The diode 46, together with the capacitor 32, the charge / discharge coil 36, and the discharge switch 42, constitutes a chopper circuit that discharges the electric charge of the piezo element PE, and functions as a freewheeling diode.

なお、充放電コイル36とバンク選択スイッチ40との間には、ショートスイッチ48とダイオード50とが、ピエゾ素子PEに並列に接続されている。このショートスイッチ48は、上記チョッパ制御によっては放電しきれなかったピエゾ素子PEの電荷を完全に放電するためのものである。また、ダイオード50は、ピエゾ素子PEの電圧がマイナスになることを防止している。   A short switch 48 and a diode 50 are connected in parallel with the piezo element PE between the charge / discharge coil 36 and the bank selection switch 40. The short switch 48 is for completely discharging the electric charge of the piezo element PE that could not be discharged by the chopper control. The diode 50 prevents the voltage of the piezo element PE from becoming negative.

先の図1に示した制御装置20は、上記駆動回路に加えて、マイクロコンピュータ22と制御IC24とを備えている。ここで、マイクロコンピュータ22は、ディーゼルエンジンの運転状態等を検出する各種センサの検出値に基づき、ピエゾ素子PEの変位量の制御条件を算出し、制御IC24に出力する。制御IC24は、マイクロコンピュータ22から出力された制御条件に基づき、駆動回路を駆動する。なお、制御IC24やマイクロコンピュータ22は、駆動回路の各ノードN1〜N7の電位に基づき、駆動回路やピエゾ素子PEの電流や電圧等の情報を取り込んでいる。   The control device 20 shown in FIG. 1 includes a microcomputer 22 and a control IC 24 in addition to the drive circuit. Here, the microcomputer 22 calculates the control condition of the displacement amount of the piezo element PE based on the detection values of various sensors that detect the operating state of the diesel engine and the like, and outputs it to the control IC 24. The control IC 24 drives the drive circuit based on the control conditions output from the microcomputer 22. Note that the control IC 24 and the microcomputer 22 capture information such as the current and voltage of the drive circuit and the piezo element PE based on the potentials of the nodes N1 to N7 of the drive circuit.

ここで、本実施形態にかかるピエゾ素子PEの変位量の制御(充電処理及び放電処理)について詳述する。   Here, the control (charging process and discharging process) of the displacement amount of the piezo element PE according to the present embodiment will be described in detail.

図3に、充電処理及び放電処理の態様を示す。ここで、図3(a)は、マイクロコンピュータ22から制御IC24に出力され、噴射期間を指示する噴射信号の推移を示す。図3(b)は、マイクロコンピュータ22から制御IC24に出力され、充電期間を指示する充電期間信号の推移を示す。図3(c)は、充電スイッチ34の操作信号の推移を示す。図3(d)は、気筒選択スイッチ38の操作信号の推移を示す(ここではそのうちのピエゾ素子paに対応したものを例示)。図3(e)は、放電スイッチ42の操作信号の推移を示す。図3(f)は、バンク選択スイッチ40の操作信号を推移を示す(ここでは、図3(d)に対応するスイッチの操作信号を例示)。図3(g)は、ショートスイッチ48の操作態様の推移を示す。図3(h)は、ピエゾ素子PEの高電位となる側の電圧の推移を示す。図3(i)は、ピエゾ素子PEを介して流れる電流(ピエゾ素子PEに流入する電荷、ピエゾ素子PEから流出する電荷)の推移を示す。   FIG. 3 shows aspects of the charging process and the discharging process. Here, FIG. 3A shows the transition of the injection signal output from the microcomputer 22 to the control IC 24 and instructing the injection period. FIG. 3B shows the transition of the charging period signal output from the microcomputer 22 to the control IC 24 and instructing the charging period. FIG. 3C shows the transition of the operation signal of the charging switch 34. FIG. 3D shows the transition of the operation signal of the cylinder selection switch 38 (here, one corresponding to the piezo element pa is illustrated). FIG. 3E shows the transition of the operation signal of the discharge switch 42. FIG. 3F shows transition of the operation signal of the bank selection switch 40 (here, the operation signal of the switch corresponding to FIG. 3D is illustrated). FIG. 3G shows the transition of the operation mode of the short switch 48. FIG. 3 (h) shows the transition of the voltage on the side where the piezoelectric element PE becomes a high potential. FIG. 3I shows the transition of current flowing through the piezo element PE (charge flowing into the piezo element PE, charge flowing out from the piezo element PE).

図示されるように、時刻t1に、マイクロコンピュータ22から制御IC24に、噴射信号と充電期間信号が出力されることで、制御IC24は、充電スイッチ34のオン・オフ操作によるチョッパ制御を開始する。具体的には、充電スイッチ34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32、充電スイッチ34、充放電コイル36、ピエゾ素子pa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32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(電流量の増加操作)。一方、充電スイッチ34のオン操作の後、充電スイッチ34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36、ピエゾ素子pa、ダイオード44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36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(電流量の減少操作)。そして、本実施形態では、図3に示すように、電流量がゼロとなることで、充電スイッチ34を再度オン操作する。   As shown in the figure, the injection signal and the charging period signal are output from the microcomputer 22 to the control IC 24 at time t1, so that the control IC 24 starts chopper control by turning on / off the charging switch 34. Specifically, when the charge switch 34 is turned on, a closed loop circuit including a capacitor 32, a charge switch 34, a charge / discharge coil 36, and a piezo element pa is formed as shown in FIG. Thereby, the electric charge of the capacitor 32 is charged to 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 increasing operation). On the other hand, after the charging switch 34 is turned on, the charging switch 34 is turned off, thereby forming a closed loop circuit including the charging / discharging coil 36, the piezo element pa, and the diode 44 as shown in FIG. The Thereby, the flywheel energy of the charge / discharge coil 36 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 operation). And in this embodiment, as shown in FIG. 3, when the amount of current becomes zero, the charging switch 34 is turned on again.

上記態様にて充電スイッチ34が操作される降圧チョッパ制御が時刻t1〜時刻t2にわたって行われることで、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。   The step-down chopper control in which the charge switch 34 is operated in the above manner is performed from time t1 to time t2, so that the piezo element pa is charged and the potential on the terminal side that becomes the high potential of the piezo element pa rises.

一方、図3に示す時刻t3において、噴射信号が反転すると、制御IC24では、放電スイッチ42のオン・オフ操作を開始する。具体的には、放電スイッチ42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42、充放電コイル36、ピエゾ素子pa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(電流量の増加操作)。更に、放電スイッチ42のオン操作の後、放電スイッチ42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32、ダイオード46、充放電コイル36、ピエゾ素子pa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36のフライホイールエネルギがコンデンサ32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(電流量の減少操作)。そして、本実施形態では、図3に示すように、電流量がゼロとなることで、放電スイッチ42を再度オン操作する。   On the other hand, when the injection signal is inverted at time t3 shown in FIG. 3, the control IC 24 starts the on / off operation of the discharge switch 42. Specifically, when the discharge switch 42 is turned on, a closed loop circuit is formed by the discharge switch 42, the charge / discharge coil 36, and the piezo element pa as shown in FIG. As a result, 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 increasing operation). Further, after the discharge switch 42 is turned on, the discharge switch 42 is turned off, so that a closed loop circuit is formed by the capacitor 32, the diode 46, the charge / discharge coil 36, and the piezoelectric element pa as shown in FIG. It is formed. Thereby, the flywheel energy of the charge / discharge coil 36 is recovered by the capacitor 32. At this time, as shown in FIG. 3, the amount of current flowing through the piezo element pa decreases (current amount reduction operation). In the present embodiment, as shown in FIG. 3, when the amount of current becomes zero, the discharge switch 42 is turned on again.

上記態様にて放電スイッチ42が操作される昇圧チョッパ制御が行われることで、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。ちなみに、図4、図5に示す式は、ピエゾ素子paを介して流れる電流量Ipと、充放電コイル36のインダクタンスL、ピエゾ素子paの電圧Vp、コンデンサ32の電圧Vcとの関係を表すものである。   By performing the step-up chopper control in which the discharge switch 42 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. 4 and 5 represent the relationship between the amount of current Ip flowing through the piezo element pa, the inductance L of the charge / discharge coil 36, the voltage Vp of the piezo element pa, and the voltage Vc of the capacitor 32. It is.

なお、図3に示すように、昇圧チョッパ制御によるピエゾ素子paの放電が完了した後の時刻t4〜時刻t5までの間、ショートスイッチ48がオン操作されることで、ピエゾ素子paの電荷を完全に放電させるようにする。   As shown in FIG. 3, the short switch 48 is turned on from time t4 to time t5 after the discharge of the piezo element pa by the boost chopper control is completed, so that the charge of the piezo element pa is completely discharged. To discharge.

本実施形態では、図3に示したように、ピエゾ素子paの充電処理を、充電期間信号によって定まる所定期間、充電スイッチ34のオン・オフ操作をすることによって行っている。すなわち、ピエゾ素子PEを伸長させる制御を、開ループ制御によって行なっている。そして、ピエゾ素子PEの変位量を所望に制御するに際し、本実施形態では、ピエゾ素子PEの変位量と相関を有するピエゾ素子PEの電気的な状態量を制御量とする。   In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the charging process of the piezo element pa is performed by turning on / off the charging switch 34 for a predetermined period determined by the charging period signal. That is, control for extending the piezo element PE is performed by open loop control. In the present embodiment, when the displacement amount of the piezo element PE is controlled as desired, the electrical state amount of the piezo element PE having a correlation with the displacement amount of the piezo element PE is used as the control amount.

ところで、ピエゾ素子PEの特性には、個体差によるばらつきがある。また、ピエゾ素子PEの特性は、温度によっても変動し得る。このため、上記態様にて開ループ制御を行うと、ピエゾ素子PEを必ずしも所望とする変位量(電気的な状態量)に制御することができないおそれがある。すなわち、例えば図6に例示するように充電スイッチ34のオン・オフ操作の行われる期間が時刻t1〜t2までであると、オフ操作によって電流量がゼロとなった時点が時刻t2となるケース1の場合と、オン操作からオフ操作への最後の切り替え時が時刻t2となるケース2の場合とで充電量にばらつきが生じる。   Incidentally, the characteristics of the piezo element PE have variations due to individual differences. In addition, the characteristics of the piezo element PE may vary depending on the temperature. For this reason, when the open loop control is performed in the above-described manner, the piezo element PE may not necessarily be controlled to a desired displacement amount (electrical state amount). That is, for example, as illustrated in FIG. 6, when the period during which the on / off operation of the charging switch 34 is performed from time t <b> 1 to t <b> 2, the time point when the current amount becomes zero by the off operation is time t <b> 2. And the case 2 where the last switching time from the on operation to the off operation is time t2, the charge amount varies.

こうしたピエゾ素子PEの特性のばらつき等に起因した充電量のばらつきの最大値は、充電スイッチ34のオン操作からオフ操作への切り替え時からピエゾ素子PEを介して流れる電流量がゼロとなるまでの間に、ピエゾ素子PEに流入する総電流量よりも大きくなり得る。ここで、図7に基づき、これについて説明する。   The maximum value of the variation in the amount of charge caused by the variation in the characteristics of the piezoelectric element PE is from the time when the charging switch 34 is switched from the on operation to the off operation until the amount of current flowing through the piezoelectric element PE becomes zero. In the meantime, it may be larger than the total amount of current flowing into the piezo element PE. Here, this will be described with reference to FIG.

図7(a)に上記充電期間信号の推移を、図7(b)にピエゾ素子の個体Aを介して流れる電流の推移を、図7(c)に個体Aと異なる個体Bを介して流れる電流の推移を、図7(d)に個体Aと個体Bの電圧の推移をそれぞれ示す。ちなみに、図7においても、充電スイッチ34のオン操作は予め定められた所定時間行われ、オフ操作は電流量がゼロとなるまで行われている。こうした場合、一般に、電流量の最大値は時間が経過するにつれて小さくなり得るが図7では便宜上電流量の最大値を同一に記載している。   FIG. 7A shows the transition of the charging period signal, FIG. 7B shows the transition of the current flowing through the piezo element individual A, and FIG. 7C shows the transition through the individual B different from the individual A. FIG. 7 (d) shows the transition of the current, and the transition of the voltage of the individual A and the individual B is shown in FIG. Incidentally, also in FIG. 7, the on operation of the charging switch 34 is performed for a predetermined time, and the off operation is performed until the amount of current becomes zero. In such a case, generally, the maximum value of the current amount can be reduced as time elapses, but in FIG. 7, the maximum value of the current amount is shown as the same for convenience.

図7では、充電期間が終了する時刻t2よりも後、ピエゾ素子PEを介して流れる電流量がゼロとなりピエゾ素子PEの電圧が定常状態となったときにピエゾ素子PEの電圧を計測し、この計測値が所望とする値(基準値)となるように開ループ制御の態様を調整した場合を示している。ここでは、調整時(計測値を基準値とするような調整が行われた直後)のピエゾ素子PEを介して流れる電流、及びピエゾ素子PEの電圧を実線で示している。このように、計測時の電圧値が一致しているとはいえ、電圧の変化量(電気的な状態量の変化量)には、ばらつきが生じている。   In FIG. 7, after the time t2 when the charging period ends, the voltage of the piezo element PE is measured when the amount of current flowing through the piezo element PE becomes zero and the voltage of the piezo element PE reaches a steady state. The case where the mode of the open loop control is adjusted so that the measured value becomes a desired value (reference value) is shown. Here, the current flowing through the piezo element PE and the voltage of the piezo element PE at the time of adjustment (immediately after adjustment is performed using the measurement value as a reference value) are indicated by solid lines. Thus, although the voltage values at the time of measurement match, there is a variation in the amount of change in voltage (the amount of change in the electrical state amount).

また、上記態様にて制御の態様を調整した後、個体A及び個体Bの特性が温度変化等により変化した場合のピエゾ素子PEを介して流れる電流量と、ピエゾ素子PEの電圧とを2点鎖線で示す。ここでは、個体Aについては、調整時には、充電スイッチ34のオン操作からオフ操作への切り替え時が時刻t2であったのが、調整後、充電スイッチ34のオフ操作によって電流量が減少しゼロとなった時点が時刻t2となるものに変化した場合を示している。一方、個体Bについては、調整時には、充電スイッチ34のオフ操作によって電流量がゼロとなった時点が時刻t2であったのが、調整後、充電スイッチ34のオン操作からオフ操作への切り替え時が時刻t2となるものに変化した場合を示している。こうした状況下、上記開ループ制御の完了後の個体Aと個体Bとの電圧には大きな誤差Δ(オフ操作へ切り替えられてから電流量がゼロとなるまでの総電流量の略2倍に対応する電圧誤差)が生じることとなる。   Further, after adjusting the control mode in the above mode, two points are obtained: the amount of current flowing through the piezo element PE and the voltage of the piezo element PE when the characteristics of the individual A and the individual B change due to a temperature change or the like. Shown with a chain line. Here, for the individual A, at the time of adjustment, the time when the charge switch 34 was switched from the on operation to the off operation was the time t2, but after the adjustment, the current amount decreased to zero due to the off operation of the charge switch 34. The case where the point of time has changed to that at time t2 is shown. On the other hand, for the individual B, at the time of adjustment, the time when the current amount became zero by the turning-off operation of the charging switch 34 was the time t2, but after the adjustment, when the charging switch 34 was switched from the turning-on operation to the turning-off operation. Shows a case where changes to that at time t2. Under these circumstances, the voltage between the individual A and the individual B after the completion of the open loop control corresponds to a large error Δ (approximately twice the total current amount until the current amount becomes zero after switching to the off operation). Voltage error).

このように、上記オン・オフ操作の終了後、ピエゾ素子PEの充電量が定常となったときに計測される電気的な状態量(電圧等)に基づき、制御の態様を調整すると、制御される電気的な状態量や同状態量の変化量に大きなばらつきが生じる。   As described above, after the on / off operation is completed, the control state is controlled by adjusting the control mode based on the electrical state quantity (voltage, etc.) measured when the charge amount of the piezo element PE becomes steady. There is a large variation in the electrical state quantity and the amount of change in the state quantity.

そこで、本実施形態では、開ループ制御の態様を、図8に示すように、オン操作及びオフ操作の繰り返しの終了時(オン・オフ操作の終了時)である時刻t2に同期して計測される電気的な状態量に基づき行うようにする。ちなみに、図8(a)に上記充電期間信号の推移を、図8(b)にピエゾ素子の個体Aを介して流れる電流の推移を、図8(c)に個体Bを介して流れる電流の推移を、図8(d)に個体Aと個体Bの電圧の推移をそれぞれ示す。   Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 8, the mode of the open loop control is measured in synchronization with time t <b> 2 that is the end of the repetition of the ON operation and the OFF operation (at the end of the ON / OFF operation). This is done based on the electrical state quantity. Incidentally, FIG. 8A shows the transition of the charging period signal, FIG. 8B shows the transition of the current flowing through the individual A of the piezo element, and FIG. 8C shows the current flowing through the individual B. FIG. 8D shows the transition of the voltage of the individual A and the individual B, respectively.

図8でも、ピエゾ素子PEを介して流れる電流と、ピエゾ素子PEの電圧とを、調整時のものを実線で、また調整後のものを2点鎖線で示している。   In FIG. 8 as well, the current flowing through the piezo element PE and the voltage of the piezo element PE are indicated by a solid line when adjusted and by a two-dot chain line after adjustment.

図8においては、ピエゾ素子PEの電圧について2点鎖線にて示したものが記載されていないが、これは実線と重なっているからである。すなわち、個体Aについての調整後の(2点鎖線で示すべき)電圧の推移は個体Bの実線で示す電圧の推移と一致し、個体Bについての調整後の(2点鎖線で示すべき)電圧の推移は個体Aの実線で示す電圧の推移と一致している。このため、開ループ制御による電圧の誤差は、オフ操作への最後の切り替えから電流がゼロとなるまでの総電流量程度に抑制される。また、電圧の変化量(電気的な状態量の変化量)のばらつきも抑制される。   In FIG. 8, the voltage of the piezo element PE indicated by a two-dot chain line is not described, but this is because it overlaps the solid line. That is, the adjusted voltage transition (to be indicated by a two-dot chain line) for the individual A coincides with the voltage transition indicated by the solid line of the individual B, and the adjusted voltage (to be indicated by the two-dot chain line) for the individual B Is consistent with the voltage transition indicated by the solid line of the individual A. For this reason, the voltage error due to the open loop control is suppressed to about the total amount of current from the last switching to the off operation until the current becomes zero. In addition, variations in voltage variation (electrical state variation) are also suppressed.

このように、オン・オフ操作の終了時に同期して電圧等のピエゾ素子PEの電気的な状態量を計測し、これに基づき制御の態様を調整することで、制御性能を向上させることが可能となる。   In this way, it is possible to improve the control performance by measuring the electrical state quantity of the piezoelectric element PE such as voltage in synchronization with the end of the on / off operation and adjusting the control mode based on this measurement. It becomes.

ちなみに、こうした制御の態様の調整には、充電期間やオン操作時間の変更のみならず、先の図2に示した駆動回路の回路特性の変更も含まれる。   Incidentally, such adjustment of the control mode includes not only the change of the charging period and the ON operation time, but also the change of the circuit characteristics of the drive circuit shown in FIG.

ただし、オン・オフ操作の終了時に電圧を計測する場合、計測される電圧が変動しているためにこれを正確に把握することができないおそれがある。特に、ピエゾ素子PEの電圧は、ピエゾ素子PEの抵抗成分や圧電現象等によって電圧振動を伴う。これは、ピエゾ素子PEの等価回路が、図9に示すように、LCRの直列回路として表現される機械成分と、LCRの直列回路に並列に接続されたコンデンサ及び同並列回路に直列に接続されている直列等価抵抗とによって表現される電気成分とによって構成されることによる。このため、電流が流れるたびに、直列等価抵抗で発生する電圧によってピエゾ素子PEの両端の電圧が変動する。そして、これにより、ピエゾ素子PEの電圧の計測に基づきピエゾ素子PEの変位量を一義的に定めることは困難なものとなっている。   However, when the voltage is measured at the end of the on / off operation, the measured voltage may fluctuate and thus may not be accurately grasped. In particular, the voltage of the piezo element PE is accompanied by voltage oscillation due to the resistance component of the piezo element PE, the piezoelectric phenomenon, and the like. As shown in FIG. 9, the equivalent circuit of the piezo element PE is connected in series to a mechanical component expressed as an LCR series circuit, a capacitor connected in parallel to the LCR series circuit, and the parallel circuit. And the electrical component expressed by the series equivalent resistance. For this reason, each time a current flows, the voltage across the piezo element PE varies depending on the voltage generated by the series equivalent resistance. Thus, it is difficult to uniquely determine the amount of displacement of the piezo element PE based on the measurement of the voltage of the piezo element PE.

そこで、本実施形態では、ピエゾ素子PEを介して流れる電流、ピエゾ素子PEの電圧、上記電圧と電流との積のいずれかの時間による積分値に基づき、オン・オフ操作の終了時のピエゾ素子PEの変位量(電気的な状態量)を計測する。   Therefore, in the present embodiment, the piezo element at the end of the on / off operation is based on the integrated value of the current flowing through the piezo element PE, the voltage of the piezo element PE, or the product of the voltage and the current. The displacement amount (electrical state amount) of PE is measured.

図10に、ピエゾ素子PEの電圧の推移と、同電圧の積分値の推移とを示す。また、図11に、ピエゾ素子PEの電流の推移と、同電流の積分値の推移とを示す。更に、図12に、ピエゾ素子PEの電流の推移と、電圧の推移と、エネルギ総量(電圧と電流との積の積分値)の推移とを示す。これら図10〜図12に示されるように、電流、電圧、及び上記電圧と電流との積のいずれかの時間による積分値は、振動成分による影響が抑制されたものとなっている。このため、ピエゾ素子PEの電気的な状態量を一義的な値として適切に計測することができ、ひいては、ピエゾ素子PEの変位量を一義的に定めることができる。   FIG. 10 shows the transition of the voltage of the piezo element PE and the transition of the integrated value of the voltage. FIG. 11 shows the transition of the current of the piezo element PE and the transition of the integrated value of the current. Further, FIG. 12 shows the transition of the current of the piezo element PE, the transition of the voltage, and the transition of the total energy (the integrated value of the product of the voltage and the current). As shown in FIGS. 10 to 12, the integrated value of the current, the voltage, and the product of the voltage and the current with respect to the time is one in which the influence of the vibration component is suppressed. For this reason, the electrical state quantity of the piezo element PE can be appropriately measured as a unique value, and the displacement amount of the piezo element PE can be uniquely determined.

特に、図10〜図12に示す例において、電圧の積分値は、電圧の振動成分が除去され、ピエゾ素子PEの電気的な状態量の計測値として扱いやすいものとなっている。   In particular, in the examples shown in FIGS. 10 to 12, the integrated value of the voltage is easy to handle as a measured value of the electrical state quantity of the piezo element PE since the vibration component of the voltage is removed.

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)ピエゾ素子PEを介して流れる電流、ピエゾ素子PEの電圧、及び電流と電圧との積のいずれかの積分値に基づき、ピエゾ素子PEの変位量を計測した。このため、電圧振動等が好適に抑制された電気的な状態量を用いて、ピエゾ素子PEの変位量を一義的な値として適切に計測することができる。   (1) The displacement amount of the piezo element PE was measured based on the integral value of any of the current flowing through the piezo element PE, the voltage of the piezo element PE, and the product of the current and the voltage. For this reason, it is possible to appropriately measure the displacement amount of the piezo element PE as a unique value using an electrical state quantity in which voltage oscillation or the like is suitably suppressed.

(2)充電スイッチ34のオン・オフ操作の終了に同期してピエゾ素子PEの電気的な状態量を計測し、該計測された状態量に基づき制御の態様を調整した。これにより、オン・オフ操作の終了後のピエゾ素子PEの充電量のばらつきを好適に抑制することができ、ひいては、ピエゾ素子PEの変位量のばらつきを好適に抑制することができる。   (2) The electrical state quantity of the piezo element PE was measured in synchronization with the end of the on / off operation of the charging switch 34, and the control mode was adjusted based on the measured state quantity. Thereby, the variation in the charge amount of the piezo element PE after the end of the on / off operation can be suitably suppressed, and consequently the variation in the displacement amount of the piezo element PE can be suitably suppressed.

(3)チョッパ制御によって、ピエゾ素子PEの電流量を増加操作及び減少操作しつつ、ピエゾ素子PEの充電及び放電を行うことでピエゾ素子PEの変位量を制御した。これにより、ピエゾ素子PEの変位量の制御を簡易に行うことができる。   (3) The displacement amount of the piezo element PE is controlled by charging and discharging the piezo element PE while increasing and decreasing the current amount of the piezo element PE by chopper control. Thereby, the displacement amount of the piezo element PE can be easily controlled.

(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.

本実施形態では、ピエゾ素子PEの縮小制御の態様を調整する。換言すれば、ピエゾ素子PEの充電量をゼロとする制御(放電処理)の態様を調整する。詳しくは、縮小速度(放電速度)を調整する。ただし、例えばピエゾ素子PEの電圧が「0V」となるのに要する時間を計測することで放電速度を計測するようにすると、計測誤差が大きくなる。これは、ピエゾ素子PEの電圧の「0V」近傍では、電流が流れにくくなり、完全な「0V」にすることが困難なためである。なお、ピエゾ素子PEの電圧を完全に「0V」にするためには、ショートスイッチ48をオンとする。   In this embodiment, the mode of reduction control of the piezo element PE is adjusted. In other words, the mode of control (discharge process) for adjusting the charge amount of the piezo element PE to zero is adjusted. Specifically, the reduction speed (discharge speed) is adjusted. However, for example, if the discharge speed is measured by measuring the time required for the voltage of the piezo element PE to be “0 V”, the measurement error increases. This is because in the vicinity of “0V” of the voltage of the piezo element PE, it becomes difficult for the current to flow, and it is difficult to make it completely “0V”. In order to completely set the voltage of the piezo element PE to “0 V”, the short switch 48 is turned on.

これに対し、ピエゾ素子の縮小制御中にピエゾ素子PEの電気的な状態量を計測し、同状態量が所定値となるまでに要する時間によって放電速度を計測しようとすると、ピエゾ素子PEの電圧の振動によって、放電速度が一義的に定まらないおそれがある。図13に、ピエゾ素子PEの電圧の推移と、ピエゾ素子PEを介して流れる電流の推移とを示す。図13に示すように、ピエゾ素子PEの電圧がゼロよりも大きな所定電圧Vtまで低下するのに要する時間により放電速度(放電時間)を計測する場合、計測される放電速度が一義的に定まらない(図中、矢印で示す3つの値をとり得る)。   On the other hand, if the electrical state quantity of the piezo element PE is measured during the reduction control of the piezo element, and the discharge speed is measured by the time required for the state quantity to reach a predetermined value, the voltage of the piezo element PE There is a risk that the discharge rate may not be uniquely determined due to the vibration of. FIG. 13 shows the transition of the voltage of the piezo element PE and the transition of the current flowing through the piezo element PE. As shown in FIG. 13, when the discharge rate (discharge time) is measured by the time required for the voltage of the piezo element PE to drop to a predetermined voltage Vt greater than zero, the measured discharge rate is not uniquely determined. (In the figure, it can take three values indicated by arrows).

そこで、本実施形態では、ピエゾ素子PEを介して流れる電流、ピエゾ素子PEの電圧、上記電圧と電流との積のいずれかの時間による積分値に基づき、放電速度を計測する。   Therefore, in the present embodiment, the discharge rate is measured based on the integration value of the current flowing through the piezoelectric element PE, the voltage of the piezoelectric element PE, and the product of the voltage and current.

図14に、ピエゾ素子PEの電圧の推移と、同電圧の積分値の推移とを示す。また、図15に、ピエゾ素子PEの電流の推移と、同電流の積分値の推移とを示す。更に、図16に、ピエゾ素子PEの電流の推移と、電圧の推移と、エネルギ総量(電圧と電流との積の積分値)の推移とを示す。これら図14〜図16に示されるように、電流、電圧、及び上記電圧と電流との積のいずれかの時間による積分値は、振動成分による影響が抑制されたものとなっている。このため、ピエゾ素子PEの電気的な状態量を一義的な値として適切に計測することができ、ひいては、これに基づき放電速度を適切に計測することができる。   FIG. 14 shows the transition of the voltage of the piezo element PE and the transition of the integrated value of the voltage. FIG. 15 shows the transition of the current of the piezo element PE and the transition of the integrated value of the current. Further, FIG. 16 shows the transition of the current of the piezo element PE, the transition of the voltage, and the transition of the total energy (integral value of the product of the voltage and the current). As shown in FIG. 14 to FIG. 16, the influence of the vibration component is suppressed in the integral value of the current, the voltage, and the product of the voltage and the current over time. For this reason, the electrical state quantity of the piezo element PE can be appropriately measured as a unique value, and the discharge rate can be appropriately measured based on this.

ちなみに、本実施形態では、ピエゾ素子PEの電圧の「10〜60V」内の任意の値に対応した所定値に上記積分値が達するのに要する時間として、放電速度を計測する。これは、ピエゾ素子PEの電圧が過度に高いところを利用しても、放電速度の計測誤差が大きくなるためである。   Incidentally, in the present embodiment, the discharge rate is measured as the time required for the integrated value to reach a predetermined value corresponding to an arbitrary value within the range of “10 to 60 V” of the voltage of the piezo element PE. This is because the measurement error of the discharge rate becomes large even when a place where the voltage of the piezo element PE is excessively high is used.

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)に準じた効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。   According to the present embodiment described above, in addition to the effects according to the above (1) and (3) of the first embodiment, the following effects can be further obtained.

(4)「10〜60V」内の任意の値に対応した所定値に上記積分値が達するのに要する時間として放電速度を計測することで、放電速度を精度良く計測することができる。   (4) By measuring the discharge speed as the time required for the integrated value to reach a predetermined value corresponding to an arbitrary value within “10 to 60 V”, the discharge speed can be accurately measured.

(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態について、先の第2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 second embodiment.

本実施形態では、放電速度を計測するに際し、ピエゾ素子PEの電圧を用いる。そして、制御に際しての電圧の信号に起因したピエゾ素子PEの変位量(電気的な状態量)の計測値の変動を除去する処理として、平滑化処理を適用する。図17に、ピエゾ素子PEの電圧と、同電圧に平滑化処理を施したものとの推移を示す。同図17に示されるように、平滑化処理を施すことで、電圧の振動が除去され、放電速度を一義的に定義することができるようになる。   In the present embodiment, the voltage of the piezo element PE is used when measuring the discharge rate. Then, a smoothing process is applied as a process for removing the variation in the measured value of the displacement amount (electrical state quantity) of the piezo element PE caused by the voltage signal at the time of control. FIG. 17 shows the transition between the voltage of the piezo element PE and the same voltage subjected to smoothing processing. As shown in FIG. 17, by performing the smoothing process, the voltage oscillation is removed, and the discharge rate can be uniquely defined.

ちなみに、この平滑化処理は、例えばCR回路等のアナログ回路による処理と、マイクロコンピュータ等を用いたデジタル回路による処理とのいずれでもよい。ただし、デジタル回路による処理の場合、マイクロコンピュータの動作速度や、アナログ・デジタルコンバータ、デジタル信号処理回路等の動作速度がある程度高速なものでないと、電圧の変化を適切に計測することができない。これに対し、アナログ回路による処理を採用すれば、簡易な構成にて適切な処理を行なうことができる。   Incidentally, this smoothing process may be either a process using an analog circuit such as a CR circuit or a process using a digital circuit using a microcomputer or the like. However, in the case of processing by a digital circuit, the change in voltage cannot be measured properly unless the operating speed of the microcomputer, the analog / digital converter, the digital signal processing circuit, or the like is high to some extent. On the other hand, if processing by an analog circuit is employed, appropriate processing can be performed with a simple configuration.

以上説明した本実施形態によっても、先の第2の実施形態に準じた効果を得ることができる。   Also according to the present embodiment described above, an effect according to the second 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.

・上記各実施形態では、ピエゾ素子PEの変位量の相当値として計測されるピエゾ素子PEの電気的な状態量を、ピエゾ素子PEの電圧、ピエゾ素子PEを介して流れる電流、電圧及び電流の積のいずれかの積分値、又は電圧を平滑化処理したものとしたが、これに限らない。例えば上記電流と上記電圧との少なくとも一方を独立変数として含む関数の積分値であってもよい。また、上記電圧を独立変数として含む関数に平滑化処理を施したもの等、ピエゾ素子PEの電圧の振動に起因した変位量の計測値の変動を除去する処理の施されたものであってもよい。   In each of the above embodiments, the electrical state quantity of the piezo element PE, which is measured as an equivalent value of the displacement amount of the piezo element PE, represents the voltage of the piezo element PE, the current flowing through the piezo element PE, the voltage and the current. Although any integral value of the product or the voltage is smoothed, the present invention is not limited to this. For example, it may be an integral value of a function including at least one of the current and the voltage as an independent variable. In addition, even if a function that includes the voltage as an independent variable is subjected to a smoothing process or the like, a process that removes a variation in the measured value of the displacement due to the vibration of the voltage of the piezo element PE is performed. Good.

・上記第1の実施形態では、オン・オフ操作の終了時に同期してピエゾ素子PEの変位量を電気的な状態量から間接的に計測するようにしたが、これに限らない。ピエゾ素子PEの変位量を所望の値にするための制御時に行うときには、ピエゾ素子PEの電圧の振動等に起因してピエゾ素子PEの変位量を一義的な値として適切に計測することができないおそれがあるため、本発明の適用は有効である。   In the first embodiment, the displacement amount of the piezo element PE is indirectly measured from the electrical state amount in synchronization with the end of the on / off operation. However, the present invention is not limited to this. When the control is performed to control the displacement amount of the piezo element PE to a desired value, the displacement amount of the piezo element PE cannot be appropriately measured as a unique value due to vibration of the voltage of the piezo element PE or the like. The application of the present invention is effective because of fear.

・上記第2及び第3の実施形態において、放電速度の計測を、電圧が「10〜60V」となるところで行わなくても、上記(1)に準じた効果を得ることはできる。   -In the said 2nd and 3rd embodiment, even if it does not measure the discharge rate in the place where a voltage will be "10-60V", the effect according to said (1) can be acquired.

・上記各実施形態では、開ループ制御によりピエゾアクチュエータの変位量を制御する駆動装置を例示したがこれに限らない。例えば、オン時間の設定等、制御の態様が当該駆動装置の製造時に上記実施形態に例示した態様にて調整された後、駆動装置によるフィードバック制御にて制御態様が微調整されるようにしてもよい。   In each of the above embodiments, the drive device that controls the displacement amount of the piezo actuator by open loop control is exemplified, but the present invention is not limited thereto. For example, after the control mode such as setting of the on-time is adjusted in the mode illustrated in the above embodiment at the time of manufacturing the drive device, the control mode may be finely adjusted by feedback control by the drive device. Good.

・上記実施形態では、当該駆動装置の製造時に、ピエゾ素子PEの変位量を電気的な状態量から間接的に計測し、これに基づき変位量の制御の調整を行ったが、こうした調整は、当該駆動装置の製造時に限らない。すなわち、ピエゾ素子PEの変位量(電気的な状態量)が制御装置20により計測され、ピエゾ素子PEの変位量の制御の態様が制御装置20によって調整される場合であっても、変位量を制御時に計測する際には、ピエゾ素子PEの電圧振動等により変位量を一義的な値として計測することができないおそれがあるため、本発明の適用は有効である。この際、先の第3の実施形態について、デジタル回路による処理を用いて放電速度を計測する場合には、マイクロコンピュータ22等によってデジタル回路を構成する。また、同第3の実施形態について、アナログ回路による処理を用いて放電速度を計測する場合には、例えば図18に示すように、ピエゾ素子PEの電圧を計測するためのCR回路60を備えることが望ましい。このCR回路60は、ピエゾ素子PEの両端子と並列に接続されている。このCR回路60は、直列に接続された抵抗61,62の接続ノードN8の電圧が制御装置20によって取り込まれるようになっている。そして、このノードN8の電圧を平滑化すべく、コンデンサ63が抵抗62と並列に接続されている。   In the above embodiment, when the drive device is manufactured, the displacement amount of the piezo element PE is indirectly measured from the electrical state amount, and the displacement amount control is adjusted based on the measured displacement amount. It is not restricted at the time of manufacture of the said drive device. That is, even when the displacement amount (electrical state amount) of the piezo element PE is measured by the control device 20 and the mode of controlling the displacement amount of the piezo element PE is adjusted by the control device 20, the displacement amount is reduced. When measuring at the time of control, there is a possibility that the displacement amount cannot be measured as a unique value due to voltage oscillation of the piezo element PE, etc., so that the application of the present invention is effective. At this time, in the third embodiment, when the discharge rate is measured using the processing by the digital circuit, the digital circuit is configured by the microcomputer 22 or the like. In the third embodiment, when the discharge rate is measured using processing by an analog circuit, for example, as shown in FIG. 18, a CR circuit 60 for measuring the voltage of the piezo element PE is provided. Is desirable. The CR circuit 60 is connected in parallel with both terminals of the piezo element PE. In the CR circuit 60, the voltage of the connection node N8 of the resistors 61 and 62 connected in series is taken in by the control device 20. A capacitor 63 is connected in parallel with the resistor 62 in order to smooth the voltage at the node N8.

・その他、ピエゾアクチュエータの駆動回路の構成等、ピエゾアクチュエータの駆動装置の構成については、適宜変更してよい。また、ピエゾアクチュエータとしては、ディーゼルエンジンの燃料噴射弁に設けられるものに限らない。更に、ピエゾ素子PEの変位量の制御態様としては、先の図3に例示したものに限らず、ピエゾ素子PEを介して流れる電流量の増加操作及び減少操作を繰り返すことで上記制御を行うものであればよい。   In addition, the configuration of the drive device for the piezoelectric actuator, such as the configuration of the drive circuit for the piezoelectric actuator, may be changed as appropriate. Further, the piezo actuator is not limited to that provided in the fuel injection valve of the diesel engine. Furthermore, the control mode of the displacement amount of the piezo element PE is not limited to that illustrated in FIG. 3 above, and the above control is performed by repeating the increase and decrease operations of the amount of current flowing through the piezo element PE. If it is.

本発明にかかるピエゾアクチュエータの変位量の計測方法及び同アクチュエータの駆動装置の第1の実施形態の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of 1st Embodiment of the measuring method of the displacement amount of the piezoelectric actuator concerning this invention, and the drive device of the actuator. 同実施形態の駆動装置の構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the structure of the drive device of the embodiment. 同実施形態におけるピエゾ素子の変位量の制御態様を示すタイムチャート。The time chart which shows the control aspect of the displacement amount of the piezoelectric element in the embodiment. 同実施形態におけるピエゾ素子の伸長制御の態様を示すタイムチャート。The time chart which shows the aspect of expansion | extension control of the piezo element in the embodiment. 同実施形態におけるピエゾ素子の縮小制御の態様を示すタイムチャート。The time chart which shows the aspect of the reduction | restoration control of the piezo element in the embodiment. 伸長制御時の問題点を説明するためのタイムチャート。The time chart for demonstrating the problem at the time of expansion | extension control. 伸長制御の調整における問題点を説明するタイムチャート。The time chart explaining the problem in adjustment of expansion | extension control. 上記実施形態にかかる伸長制御の態様の調整手法を説明するタイムチャート。The time chart explaining the adjustment method of the aspect of the expansion | extension control concerning the said embodiment. ピエゾ素子の等価回路図。The equivalent circuit diagram of a piezo element. 同実施形態にかかるピエゾ素子の変位量の制御時における変位量の計測手法を説明するタイムチャート。The time chart explaining the measuring method of the displacement amount at the time of control of the displacement amount of the piezo element concerning the embodiment. 同実施形態にかかるピエゾ素子の変位量の制御時における変位量の計測手法を説明するタイムチャート。The time chart explaining the measuring method of the displacement amount at the time of control of the displacement amount of the piezo element concerning the embodiment. 同実施形態にかかるピエゾ素子の変位量の制御時における変位量の計測手法を説明するタイムチャート。The time chart explaining the measuring method of the displacement amount at the time of control of the displacement amount of the piezo element concerning the embodiment. 第2の実施形態が解決しようとする課題を説明するタイムチャート。The time chart explaining the subject which 2nd Embodiment tends to solve. 同実施形態にかかる変位量の計測手法を説明するタイムチャート。The time chart explaining the measuring method of the displacement amount concerning the embodiment. 同実施形態にかかる変位量の計測手法を説明するタイムチャート。The time chart explaining the measuring method of the displacement amount concerning the embodiment. 同実施形態にかかる変位量の計測手法を説明するタイムチャート。The time chart explaining the measuring method of the displacement amount concerning the embodiment. 第3の実施形態にかかる変位量の計測手法を説明するタイムチャート。The time chart explaining the measuring method of the amount of displacement concerning a 3rd embodiment. 第3の実施形態の変形例にかかるピエゾアクチュエータの駆動装置の構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the structure of the drive device of the piezoelectric actuator concerning the modification of 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

PE…ピエゾ素子、32…コンデンサ、34…充電スイッチ、36…充放電コイル、42…放電スイッチ、24…制御IC、22…マイクロコンピュータ。   PE ... piezo element 32 ... capacitor 34 ... charge switch 36 ... charge / discharge coil 42 ... discharge switch 24 ... control IC 22 ... microcomputer.

Claims (13)

アクチュエータとして機能するピエゾ素子を介して流れる電流量の増加操作及び減少操作を繰り返すことで前記ピエゾ素子の変位量を制御するものについて、前記ピエゾ素子の電気的な状態量によって前記変位量を間接的に計測する方法であって、
前記ピエゾ素子を介して流れる電流量及び前記ピエゾ素子の電圧の少なくとも一方を独立変数として含む関数の時間についての積分値に基づき、前記制御時における前記変位量を計測することを特徴とするピエゾアクチュエータの変位量の計測方法。
For controlling the displacement amount of the piezo element by repeating the increase and decrease operations of the amount of current flowing through the piezo element functioning as an actuator, the displacement amount is indirectly determined by the electrical state quantity of the piezo element. It is a method to measure,
A piezo actuator that measures the amount of displacement during the control based on an integral value of a function time including at least one of an amount of current flowing through the piezo element and a voltage of the piezo element as an independent variable. Of measuring the amount of displacement.
前記積分値が、前記電圧、前記電流、及び前記電圧と前記電流との積のいずれかの時間についての積分値である請求項1記載のピエゾアクチュエータの変位量の計測方法。   The method for measuring a displacement amount of a piezo actuator according to claim 1, wherein the integral value is an integral value with respect to a time of any one of the voltage, the current, and a product of the voltage and the current. アクチュエータとして機能するピエゾ素子を介して流れる電流量の増加操作及び減少操作を繰り返すことで前記ピエゾ素子の変位量を制御するものについて、前記ピエゾ素子の電気的な状態量によって前記変位量を間接的に計測する方法であって、
前記制御に際しての前記ピエゾ素子の電圧の振動に起因した前記変位量の計測値の変動を除去する処理を施した後の前記電気的な状態量に基づき、前記変位量を計測することを特徴とするピエゾアクチュエータの変位量の計測方法。
For controlling the displacement amount of the piezo element by repeating the increase and decrease operations of the amount of current flowing through the piezo element functioning as an actuator, the displacement amount is indirectly determined by the electrical state quantity of the piezo element. It is a method to measure,
The displacement amount is measured based on the electrical state amount after the process of removing the variation in the measured value of the displacement amount due to the vibration of the voltage of the piezoelectric element during the control is performed. Of measuring the displacement of a piezo actuator.
前記計測を、前記ピエゾ素子の電圧を独立変数として含む関数の時間による積分値の計測として行う請求項3記載のピエゾアクチュエータの変位量の計測方法。   4. The method for measuring a displacement amount of a piezo actuator according to claim 3, wherein the measurement is performed as measurement of an integral value according to a function time including a voltage of the piezo element as an independent variable. 前記計測を、前記ピエゾ素子の電圧を独立変数として含む関数の値に平滑化処理を施したものの計測として行う請求項3記載のピエゾアクチュエータの変位量の計測方法。   The method for measuring a displacement amount of a piezo actuator according to claim 3, wherein the measurement is performed by measuring a value of a function including a voltage of the piezo element as an independent variable and performing a smoothing process. 前記平滑化処理を施したものが、前記ピエゾ素子の電圧に、平滑化回路及びソフトウェアの少なくとも一方によって平滑化処理を施したものである請求項5記載のピエゾアクチュエータの変位量の計測方法。   6. The method for measuring a displacement amount of a piezo actuator according to claim 5, wherein the smoothing process is performed by smoothing the voltage of the piezoelectric element by at least one of a smoothing circuit and software. 前記変位量の制御は、前記ピエゾ素子に充電された電荷を放電することで該ピエゾ素子を縮小する制御であり、前記変位量の計測は、前記ピエゾ素子の縮小速度を把握するために行う請求項1〜6のいずれかに記載のピエゾアクチュエータの変位量の計測方法。   The control of the displacement amount is control for reducing the piezoelectric element by discharging the electric charge charged in the piezoelectric element, and the measurement of the displacement amount is performed in order to grasp the reduction speed of the piezoelectric element. Item 7. A method for measuring a displacement amount of a piezo actuator according to any one of Items 1 to 6. 前記縮小速度は、前記ピエゾ素子の電圧が「10〜60V」内の任意の値に相当するところまで前記ピエゾ素子が縮小するのに要する時間として把握されるものである請求項7記載のピエゾアクチュエータの変位量の計測方法。   8. The piezo actuator according to claim 7, wherein the reduction speed is grasped as a time required for the piezo element to reduce to a point where the voltage of the piezo element corresponds to an arbitrary value within “10 to 60 V”. Of measuring the amount of displacement. 前記増加操作は、チョッパ制御にかかるスイッチング素子のオン操作として行われ、前記減少操作は、前記スイッチング素子のオフ操作として行われる請求項1〜8のいずれかに記載のピエゾアクチュエータの変位量の計測方法。   The measurement of the displacement amount of the piezo actuator according to claim 1, wherein the increase operation is performed as an ON operation of a switching element for chopper control, and the decrease operation is performed as an OFF operation of the switching element. Method. アクチュエータとして機能するピエゾ素子を介して流れる電流量の増加操作及び減少操作を繰り返すことで、前記ピエゾ素子の変位量を制御するピエゾアクチュエータの駆動装置において、
前記ピエゾ素子を介して流れる電流量及び前記ピエゾ素子の電圧の少なくとも一方を独立変数として含む関数の時間についての積分値に基づき、前記制御時における前記変位量を計測する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 the driving device of the piezo actuator for controlling the displacement amount of the piezo element by repeating the increase operation and the decrease operation of the amount of current flowing through the piezo element functioning as an actuator,
And a means for measuring the amount of displacement at the time of control based on an integral value of a function time including at least one of an amount of current flowing through the piezoelectric element and a voltage of the piezoelectric element as an independent variable. Drive device for piezo actuator.
アクチュエータとして機能するピエゾ素子を介して流れる電流量の増加操作及び減少操作を繰り返すことで、前記ピエゾ素子の変位量を制御するピエゾアクチュエータの駆動装置において、
前記制御に際しての前記ピエゾ素子の電圧の振動に起因した前記変位量の計測値の変動を除去する処理を施した後の前記電気的な状態量に基づき、前記変位量を計測する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 the driving device of the piezo actuator for controlling the displacement amount of the piezo element by repeating the increase operation and the decrease operation of the amount of current flowing through the piezo element functioning as an actuator,
Means for measuring the amount of displacement based on the electrical state amount after the process of removing the variation of the measured value of the amount of displacement caused by the vibration of the voltage of the piezo element during the control; A drive device for a piezoelectric actuator characterized by the above.
アクチュエータとして機能するピエゾ素子を介して流れる電流量の増加操作及び減少操作を繰り返すことで、前記ピエゾ素子の変位量を制御するピエゾアクチュエータの駆動装置において、
前記ピエゾ素子を介して流れる電流量及び前記ピエゾ素子の電圧の少なくとも一方を独立変数として含む関数の時間についての積分値に基づき計測された前記制御時における前記変位量に基づき、前記制御の態様が調整されてな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 the driving device of the piezo actuator for controlling the displacement amount of the piezo element by repeating the increase operation and the decrease operation of the amount of current flowing through the piezo element functioning as an actuator,
Based on the displacement amount at the time of the control measured based on the integral value of the time including a function including at least one of the amount of current flowing through the piezoelectric element and the voltage of the piezoelectric element as an independent variable, the mode of the control is A drive device for a piezo actuator characterized by being adjusted.
アクチュエータとして機能するピエゾ素子を介して流れる電流量の増加操作及び減少操作を繰り返すことで、前記ピエゾ素子の変位量を制御するピエゾアクチュエータの駆動装置において、
前記制御に際しての前記ピエゾ素子の電圧の振動に起因した前記変位量の計測値の変動を除去する処理を施した後に計測される前記変位量に基づき、前記制御の態様が調整されてな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 the driving device of the piezo actuator for controlling the displacement amount of the piezo element by repeating the increase operation and the decrease operation of the amount of current flowing through the piezo element functioning as an actuator,
The mode of the control is adjusted based on the displacement amount measured after performing the process of removing the variation in the measured value of the displacement amount caused by the vibration of the voltage of the piezoelectric element during the control. A drive device for a piezoelectric actuator.
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