JP2513011B2 - 圧電素子の駆動装置 - Google Patents
圧電素子の駆動装置Info
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- JP2513011B2 JP2513011B2 JP1002876A JP287689A JP2513011B2 JP 2513011 B2 JP2513011 B2 JP 2513011B2 JP 1002876 A JP1002876 A JP 1002876A JP 287689 A JP287689 A JP 287689A JP 2513011 B2 JP2513011 B2 JP 2513011B2
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
- F02D41/2096—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
Landscapes
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガソリン機関、ディーゼル機関の燃料噴射
弁等のアクチュエータとして用いられる圧電素子の駆動
装置に関する。
弁等のアクチュエータとして用いられる圧電素子の駆動
装置に関する。
高い応答性を有する圧電素子は、ガソリン機関、ディ
ーゼル機関の燃料噴射弁のアクチュエータとして適用可
能である（参照：特開昭60−249877号公報、特開昭62−
17338号公報）。このような燃料噴射弁の構造として本
源出願人は既に第9A図に示すものを提案している（参
照：実願昭63−9584号）。すなわち、第9A図において
は、101は先端に噴孔102を有するノズルボディを示して
おり、ノズルボディ10内には噴孔102を開閉可能にニー
ドル103が挿入されている。ノズルボディ101はボディ10
4に嵌合され、燃料は燃料導入口105、盲プラグ106の装
着された燃料通路107、燃料通路108、燃料溜り室109、
畜圧室110を介して噴孔102から噴射される。ニードル10
3には、テーパ状の受圧面111が形成されており、受圧面
111に燃料圧力を受けることによりニードル103は開弁方
向に動く。この受圧面111周りに燃料溜り室109が形成さ
れている。ニードル103の上部とノズルボディ101の内周
面との間には、僅かなクリアランス112が形成されてお
り、該クリアランス112を介して燃料溜り室109から燃料
が上法に形成される圧力室113に充填されるようになっ
ている。圧力室113は、ピストン114下端とボディ104上
端との間に形成され、油密室113ひおける燃料圧力はニ
ードル103の開閉方向の力として作用できるようになっ
ている。ピストン114は、ケース114内に摺動可能に嵌挿
され、皿バネ116により上方に付勢されている。ケース1
15内に伸縮作動可能な積層された圧電素子117よりなる
電歪式アクチュエータ118が設けられている。また、デ
ィスタントピース119は油密室113の下端に設けられ、ニ
ードル103の開弁状態の位置を規定すると共に、該開弁
状態の保持作用をする。このため、ディスタントピース
119には、受圧面111の垂直方向の面積に比較して小さい
開口が設けられている。また、ニードル103の閉弁状態
の位置はニードル３が噴孔102に接することによって規
定される。120は弁部材である。
ーゼル機関の燃料噴射弁のアクチュエータとして適用可
能である（参照：特開昭60−249877号公報、特開昭62−
17338号公報）。このような燃料噴射弁の構造として本
源出願人は既に第9A図に示すものを提案している（参
照：実願昭63−9584号）。すなわち、第9A図において
は、101は先端に噴孔102を有するノズルボディを示して
おり、ノズルボディ10内には噴孔102を開閉可能にニー
ドル103が挿入されている。ノズルボディ101はボディ10
4に嵌合され、燃料は燃料導入口105、盲プラグ106の装
着された燃料通路107、燃料通路108、燃料溜り室109、
畜圧室110を介して噴孔102から噴射される。ニードル10
3には、テーパ状の受圧面111が形成されており、受圧面
111に燃料圧力を受けることによりニードル103は開弁方
向に動く。この受圧面111周りに燃料溜り室109が形成さ
れている。ニードル103の上部とノズルボディ101の内周
面との間には、僅かなクリアランス112が形成されてお
り、該クリアランス112を介して燃料溜り室109から燃料
が上法に形成される圧力室113に充填されるようになっ
ている。圧力室113は、ピストン114下端とボディ104上
端との間に形成され、油密室113ひおける燃料圧力はニ
ードル103の開閉方向の力として作用できるようになっ
ている。ピストン114は、ケース114内に摺動可能に嵌挿
され、皿バネ116により上方に付勢されている。ケース1
15内に伸縮作動可能な積層された圧電素子117よりなる
電歪式アクチュエータ118が設けられている。また、デ
ィスタントピース119は油密室113の下端に設けられ、ニ
ードル103の開弁状態の位置を規定すると共に、該開弁
状態の保持作用をする。このため、ディスタントピース
119には、受圧面111の垂直方向の面積に比較して小さい
開口が設けられている。また、ニードル103の閉弁状態
の位置はニードル３が噴孔102に接することによって規
定される。120は弁部材である。
また、第9B図にその概略を示すように、下端にピスト
ン12（114）が設けられた圧電素子11（117）が伸縮可能
にケース（115）に嵌挿ざれ、このケース13と油密室14
（113）とが連通している。したがって、圧電素子11の
伸縮により油密室14の容積が変化すると、ロッド15及び
スピルバルブ16（120）が移動し、燃料噴射弁が閉弁、
開弁状態となる。
ン12（114）が設けられた圧電素子11（117）が伸縮可能
にケース（115）に嵌挿ざれ、このケース13と油密室14
（113）とが連通している。したがって、圧電素子11の
伸縮により油密室14の容積が変化すると、ロッド15及び
スピルバルブ16（120）が移動し、燃料噴射弁が閉弁、
開弁状態となる。
上述の燃料噴射弁の駆動装置としては第10図に示すも
のが知られている。第10図においては、圧電素子11が充
電された際に伸張して閉弁動作が行われるものとする。
第10図においては、圧電素子11はガソリン機関の燃料噴
射弁に適用されているものとする。１はたとえば12Vの
バッテリであって、その電圧はイグニッションスイッチ
２を高電圧発生回路３に印加されている。高電圧発生回
路３はバッテリ電圧12Vをたとえば300Vに変換してコン
デンサ４に印加する。
のが知られている。第10図においては、圧電素子11が充
電された際に伸張して閉弁動作が行われるものとする。
第10図においては、圧電素子11はガソリン機関の燃料噴
射弁に適用されているものとする。１はたとえば12Vの
バッテリであって、その電圧はイグニッションスイッチ
２を高電圧発生回路３に印加されている。高電圧発生回
路３はバッテリ電圧12Vをたとえば300Vに変換してコン
デンサ４に印加する。
高電圧発生回路３は、高周波発振回路31、昇圧回路と
しての昇圧トランス32、昇圧トランス32の１次側コイル
をオン、オフするトランジスタ33、及び昇圧トランス33
の２次側コイルの正の発生電圧をコンデンサ４に供給す
るダイオード34により構成されている。
しての昇圧トランス32、昇圧トランス32の１次側コイル
をオン、オフするトランジスタ33、及び昇圧トランス33
の２次側コイルの正の発生電圧をコンデンサ４に供給す
るダイオード34により構成されている。
また、充電スイッチング回路５として、サイリスタ51
およびコイル52が設けられ、放電スイッチング回路６と
して、サイリスタ61およびコイル62が設けられている。
サイリスタ51は閉弁点弧信号（パルス）S1によってオン
とされ、サイリスタ61は開弁点弧信号（パルス）S2によ
ってオンとされる。
およびコイル52が設けられ、放電スイッチング回路６と
して、サイリスタ61およびコイル62が設けられている。
サイリスタ51は閉弁点弧信号（パルス）S1によってオン
とされ、サイリスタ61は開弁点弧信号（パルス）S2によ
ってオンとされる。
コイル52はLC共振回路を構成するためであり、したが
って、サイリスタ51がオンとなると、コンデンサ４、コ
イル52及び圧電素子11がLC共振回路を構成し、これによ
り、コンデンサ４の電圧降圧を増大させ且つ圧電素子11
の電圧昇圧を増大させ、サイリスタ51をその後の自然転
流により確実にオフにする。この結果、圧電素子11の充
電電圧はコンデンサ４の電圧300Vより高くたとえば600V
とされる。
って、サイリスタ51がオンとなると、コンデンサ４、コ
イル52及び圧電素子11がLC共振回路を構成し、これによ
り、コンデンサ４の電圧降圧を増大させ且つ圧電素子11
の電圧昇圧を増大させ、サイリスタ51をその後の自然転
流により確実にオフにする。この結果、圧電素子11の充
電電圧はコンデンサ４の電圧300Vより高くたとえば600V
とされる。
コイル62もLC共振回路を構成するためであり、したが
って、サイリスタ61がオンとなると、コイル62及び圧電
素子５がLC共振回路を構成し、これにより、圧電素子11
の電圧降圧を増大させ、サイリスタ61をその後の自然転
流により確実にオフにする。この結果、圧電素子11の放
電電圧は接地電圧（0V）より低くたとえば−200Vとされ
る。
って、サイリスタ61がオンとなると、コイル62及び圧電
素子５がLC共振回路を構成し、これにより、圧電素子11
の電圧降圧を増大させ、サイリスタ61をその後の自然転
流により確実にオフにする。この結果、圧電素子11の放
電電圧は接地電圧（0V）より低くたとえば−200Vとされ
る。
７はツェナーダイオードであり、電圧検出回路８はコ
ンデンサ４の充電電圧がツェナーダイオード７によって
決定される電圧以上になったことを検出して高周波発振
回路31の駆動を抑制する。すなわち、コンデンサ４の充
電電圧を所定値に規制する。
ンデンサ４の充電電圧がツェナーダイオード７によって
決定される電圧以上になったことを検出して高周波発振
回路31の駆動を抑制する。すなわち、コンデンサ４の充
電電圧を所定値に規制する。
第10図の駆動装置において、第11図に示す閉弁パルス
S1を与えると、圧電素子11の充電電圧VPZTは急速に上昇
し、したがって、圧電素子11の変位速度も急速に上昇す
る。この結果、油密室14には変位増幅機構として油圧が
介在するので、油密室14の圧力Ｐ（油密室）はロッド15
及びスピルバルブ16が動き出す以前に急速に上昇し、そ
の反力により圧電素子の充電電圧VPZTにピーク値（たと
えば800V）が発生し、しかもロッド15及びスピルバルブ
16は上述の圧力Ｐ（油密室）の大きさに大じた打ち出し
力を受けるためその変位速度は非常に早くなる。この結
果、スピルバルブ16の着座時に着座面（図示せず）から
大きな反発力を受け、燃料噴射弁に矢印Ｘに示すごとく
ジャンピングが発生する。ジャンピングが生ずると、２
次噴射が起こり、時間対噴射量線形特性の劣化、噴射初
期時の噴射率の振動、噴射圧力の低下等を招くという課
題がある。
S1を与えると、圧電素子11の充電電圧VPZTは急速に上昇
し、したがって、圧電素子11の変位速度も急速に上昇す
る。この結果、油密室14には変位増幅機構として油圧が
介在するので、油密室14の圧力Ｐ（油密室）はロッド15
及びスピルバルブ16が動き出す以前に急速に上昇し、そ
の反力により圧電素子の充電電圧VPZTにピーク値（たと
えば800V）が発生し、しかもロッド15及びスピルバルブ
16は上述の圧力Ｐ（油密室）の大きさに大じた打ち出し
力を受けるためその変位速度は非常に早くなる。この結
果、スピルバルブ16の着座時に着座面（図示せず）から
大きな反発力を受け、燃料噴射弁に矢印Ｘに示すごとく
ジャンピングが発生する。ジャンピングが生ずると、２
次噴射が起こり、時間対噴射量線形特性の劣化、噴射初
期時の噴射率の振動、噴射圧力の低下等を招くという課
題がある。
なお、上述のジャンピング防止するために、圧電素子
に充電電圧を２段階で与える駆動装置が知られている
（参照：特開昭62−142845号公報）。すなわち、弁部材
が全行程の70％程度移動した時に圧電素子の印加電圧を
一時的に０とし、その後再び印加電圧を回復させてい
る。しかしながら、この方法は、弁部材に弾性体、スプ
リング等を介して圧電素子の変位が伝達される場合には
有効であるが、圧電素子の変位を液体を介して弁部材に
伝達する場合には、印加電圧の０への反転は弁部材も逆
方向に移動し、閉弁ができず、したがって、ジャンピン
グの防止に役立たない。
に充電電圧を２段階で与える駆動装置が知られている
（参照：特開昭62−142845号公報）。すなわち、弁部材
が全行程の70％程度移動した時に圧電素子の印加電圧を
一時的に０とし、その後再び印加電圧を回復させてい
る。しかしながら、この方法は、弁部材に弾性体、スプ
リング等を介して圧電素子の変位が伝達される場合には
有効であるが、圧電素子の変位を液体を介して弁部材に
伝達する場合には、印加電圧の０への反転は弁部材も逆
方向に移動し、閉弁ができず、したがって、ジャンピン
グの防止に役立たない。
したがって、本発明の目的は、閉弁時における弁部材
のジャンピングを防止することにある。
のジャンピングを防止することにある。
上述の課題を解決するための手段は第１図に示され
る。すなわち、圧電素子11の変位を液体を介して弁部材
15,16に伝達して弁部材15,16を閉弁、開弁する駆動装置
であって、圧電素子11を充電した際に弁部材15,16に閉
弁力を発生するものとする。充電スイッチング手段５は
高電圧発生手段3,4の高電圧により圧電素子11に弁部材1
5,16が着座位置に到達する程度の圧電素子変位量を発生
させる第１の所定電圧たとえば350Vを印加し、さらに、
弁部材15,16が着座位置に到達する程度の時間（すなわ
ち、弁部材15,16が着座位置あるいは着座位置の少し手
前に到達するまでに要する時間）に相当する所定時間後
に、圧電素子11の印加電圧を第１の所定電圧350Vより高
い第２の所定電圧たとえば800Vにする。そして、放電ス
イッチング手段６は圧電素子11の電荷を放電させるもの
である。
る。すなわち、圧電素子11の変位を液体を介して弁部材
15,16に伝達して弁部材15,16を閉弁、開弁する駆動装置
であって、圧電素子11を充電した際に弁部材15,16に閉
弁力を発生するものとする。充電スイッチング手段５は
高電圧発生手段3,4の高電圧により圧電素子11に弁部材1
5,16が着座位置に到達する程度の圧電素子変位量を発生
させる第１の所定電圧たとえば350Vを印加し、さらに、
弁部材15,16が着座位置に到達する程度の時間（すなわ
ち、弁部材15,16が着座位置あるいは着座位置の少し手
前に到達するまでに要する時間）に相当する所定時間後
に、圧電素子11の印加電圧を第１の所定電圧350Vより高
い第２の所定電圧たとえば800Vにする。そして、放電ス
イッチング手段６は圧電素子11の電荷を放電させるもの
である。
上述の手段による作用は第２図に示される。すなわ
ち、充電スイッチング手段3,4は弁部材15,16が着座位置
に変位する程度の第１の所定電圧（350V）を圧電素子11
に印加する。この結果、油密室の圧力Ｐ（油密室）が前
述のように急速に上昇、弁部材の変位に伴い下降する
が、第１の所定電圧は弁部材が着座位置に到達する程度
の低い電圧となっているために、Ｐ（油密室）のピーク
値は小さく、弁部材の打ち出し力（初期発生力）も小さ
くなり、弁部材の移動速度は小さく抑えられる。このと
き、圧電素子11の端子電圧VPZTも油密室の圧力Ｐ（油密
室）の反力により上昇後下降するが同様にピーク値は小
さくなる。
ち、充電スイッチング手段3,4は弁部材15,16が着座位置
に変位する程度の第１の所定電圧（350V）を圧電素子11
に印加する。この結果、油密室の圧力Ｐ（油密室）が前
述のように急速に上昇、弁部材の変位に伴い下降する
が、第１の所定電圧は弁部材が着座位置に到達する程度
の低い電圧となっているために、Ｐ（油密室）のピーク
値は小さく、弁部材の打ち出し力（初期発生力）も小さ
くなり、弁部材の移動速度は小さく抑えられる。このと
き、圧電素子11の端子電圧VPZTも油密室の圧力Ｐ（油密
室）の反力により上昇後下降するが同様にピーク値は小
さくなる。
充電スイッンズ手段５による圧電素子11への印加電圧
350Vは弁部材15,16が着座位置近傍に到達するまでの間
たとえば200μｓに保持される。
350Vは弁部材15,16が着座位置近傍に到達するまでの間
たとえば200μｓに保持される。
次に、弁部材15,16が着座位置に到達する程度になる
と、充電スイッチング手段５は圧電素子11への印加電圧
を第１の所定電圧350Vから第２の所定電圧80Vにする。
この結果、弁部材15,16は一段階で800Vを印加する場合
に比べて低速で着座し、しかも着座時の圧電素子の発生
力は従来と同じく最大となり、弁部材15,16は第２の所
定電圧800Vによる閉弁力を得てほとんどジャンピングな
しに着座することになる。つまり、一段階充電でも二段
階充電でも最終印加電圧が同一であれば閉弁力は同一で
ある。
と、充電スイッチング手段５は圧電素子11への印加電圧
を第１の所定電圧350Vから第２の所定電圧80Vにする。
この結果、弁部材15,16は一段階で800Vを印加する場合
に比べて低速で着座し、しかも着座時の圧電素子の発生
力は従来と同じく最大となり、弁部材15,16は第２の所
定電圧800Vによる閉弁力を得てほとんどジャンピングな
しに着座することになる。つまり、一段階充電でも二段
階充電でも最終印加電圧が同一であれば閉弁力は同一で
ある。
弁または弁部材15,16の変位遅れによるＰ（油密室）
の上昇は１段目の電圧印加中に弁部材15,16が動き出す
ことにより吸収され、２段目の電圧印加800V時には弁部
材15,16の移動応答遅れに起因した油圧反力による電圧
振動がなく、圧電素子11の端子電圧VPZTのピーク値とフ
ラット値とがほぼ一致する。このため、圧電素子11の端
子電圧VPZTのピーク値を一定とした場合、すなわち同じ
耐電圧の圧電素子で比較すると一段階で充電完了するも
のに比べて充電完了後の端子電圧VPZTのフラット値（印
加電圧に相当）を大きくすることができる。従って、大
きな閉弁力を発生させて更にジャンピングを抑制するこ
とも可能となる。
の上昇は１段目の電圧印加中に弁部材15,16が動き出す
ことにより吸収され、２段目の電圧印加800V時には弁部
材15,16の移動応答遅れに起因した油圧反力による電圧
振動がなく、圧電素子11の端子電圧VPZTのピーク値とフ
ラット値とがほぼ一致する。このため、圧電素子11の端
子電圧VPZTのピーク値を一定とした場合、すなわち同じ
耐電圧の圧電素子で比較すると一段階で充電完了するも
のに比べて充電完了後の端子電圧VPZTのフラット値（印
加電圧に相当）を大きくすることができる。従って、大
きな閉弁力を発生させて更にジャンピングを抑制するこ
とも可能となる。
第３図は本発明に係る圧電素子の駆動装置の第１の実
施例を示す回路図である。第３図においては、第11図の
コンデンサ４の代りに、１段目充電用コンデンサ4a及び
２段目充電用トランジスタ4bを設け、また、これに対応
して充電スイッチング回路５にサイリスタ51a,51bを設
ける。なお、電圧検出回路８は２段目充電用コンデンサ
4bの電圧を監視して高周波発振回路31の動作を規制する
ものである。
施例を示す回路図である。第３図においては、第11図の
コンデンサ４の代りに、１段目充電用コンデンサ4a及び
２段目充電用トランジスタ4bを設け、また、これに対応
して充電スイッチング回路５にサイリスタ51a,51bを設
ける。なお、電圧検出回路８は２段目充電用コンデンサ
4bの電圧を監視して高周波発振回路31の動作を規制する
ものである。
第３図においては、サイリスタは１段目閉弁用サイリ
スタ51a、２段目閉弁用サイリスタ51b、及び閉弁用サイ
リスタ61が存在するために、第４図に示すサイリスタ点
弧回路が制御回路（マイクロコンピュータ、図示せず）
に設けられる。すなわち、サイリスタ点弧回路は、３つ
の単安定マルチバイブレータ41〜43、遅延回路44、及び
３つのドライバ回路45〜47を備えている。ここで、単安
定マルチバイブレータ41は制御回路内で発生する圧電素
子駆動信号Sdの立ち上がり時に一定時間幅のパルスを発
生し、ドライバ回路45をオンにして１段目閉弁用点弧信
号S1を発生する。また、単安定マルチバイブレータ42は
圧電素子駆動信号Sdを遅延回路44で所定時間遅延後の立
ち上がり時に一定時間幅のパルスを発生し、ドライバ回
路46をオンにして２段目閉弁用点弧信号S1′を発生す
る。さらに、単安定マルチバイブレータ43は圧電素子駆
動信号Sdの立ち下がり時に一定時間幅のパルスを発生
し、ドライバ回路47をオンにして開弁用点弧信号S2を発
生する。
スタ51a、２段目閉弁用サイリスタ51b、及び閉弁用サイ
リスタ61が存在するために、第４図に示すサイリスタ点
弧回路が制御回路（マイクロコンピュータ、図示せず）
に設けられる。すなわち、サイリスタ点弧回路は、３つ
の単安定マルチバイブレータ41〜43、遅延回路44、及び
３つのドライバ回路45〜47を備えている。ここで、単安
定マルチバイブレータ41は制御回路内で発生する圧電素
子駆動信号Sdの立ち上がり時に一定時間幅のパルスを発
生し、ドライバ回路45をオンにして１段目閉弁用点弧信
号S1を発生する。また、単安定マルチバイブレータ42は
圧電素子駆動信号Sdを遅延回路44で所定時間遅延後の立
ち上がり時に一定時間幅のパルスを発生し、ドライバ回
路46をオンにして２段目閉弁用点弧信号S1′を発生す
る。さらに、単安定マルチバイブレータ43は圧電素子駆
動信号Sdの立ち下がり時に一定時間幅のパルスを発生
し、ドライバ回路47をオンにして開弁用点弧信号S2を発
生する。
第３図の回路動作を第５図を参照して説明する。
圧電素子11の充電前に充電信号S0により高電圧発生回
路３を動作させ、この高電圧を２つのコンデンサ4a,4b
により容量分割して蓄積する。高電圧発生回路３におい
て、高周波発振回路31のパルス信号によってトランジス
タ33がオン、オフすると、オン時に昇圧トランス32の１
次側コイルに１次電流が流れてコアに磁束エネルギーが
蓄積され、次いで、トランジスタ33のオンからオフの際
に、この磁束エネルギーがファラディの法則に従って昇
圧トランス32の２次コイルに発生電圧たとえ300Vとして
現われる。高周波発振回路31のパルス信号のパルス幅が
一定であればこの発生電圧も一定である。この発生電圧
はダイオード34を介してコンデンサ4a,4bに蓄積され、
ある時間後に、コンデンサ4a,4bの電圧は昇圧トランス3
2の２次側コイルの発生電圧300Vと等しくなる。このと
き、この発生電圧300Vは各コンデンサ4a,4bによって容
量分割され、各コンデンサ4a,4bの端子電圧Va,Vbは、 ただし、Ca,Cbは各コンデンサ4a,4bの容量 となる。
路３を動作させ、この高電圧を２つのコンデンサ4a,4b
により容量分割して蓄積する。高電圧発生回路３におい
て、高周波発振回路31のパルス信号によってトランジス
タ33がオン、オフすると、オン時に昇圧トランス32の１
次側コイルに１次電流が流れてコアに磁束エネルギーが
蓄積され、次いで、トランジスタ33のオンからオフの際
に、この磁束エネルギーがファラディの法則に従って昇
圧トランス32の２次コイルに発生電圧たとえ300Vとして
現われる。高周波発振回路31のパルス信号のパルス幅が
一定であればこの発生電圧も一定である。この発生電圧
はダイオード34を介してコンデンサ4a,4bに蓄積され、
ある時間後に、コンデンサ4a,4bの電圧は昇圧トランス3
2の２次側コイルの発生電圧300Vと等しくなる。このと
き、この発生電圧300Vは各コンデンサ4a,4bによって容
量分割され、各コンデンサ4a,4bの端子電圧Va,Vbは、 ただし、Ca,Cbは各コンデンサ4a,4bの容量 となる。
次に、１段目閉弁点弧信号S1が発生すると、サイリス
タ51aがオンとなり、したがって、コンデンサ4a、コイ
ル52、圧電素子11が１つのLC共振回路を構成し、コンデ
ンサ4aの電荷は圧電素子11に移送され、圧電素子11は充
電される。この場合、上述のLC共振回路の存在のため
に、圧電素子11の端子電圧VPZTは、コンデンサ4aの最終
電圧より高くになり、また、その後の自然転流によりサ
イリスタ51aは確実にターンオフする。この結果、第９
図の弁部材15,16階着座位置に変位する程度の第１の所
定電圧（350V）が圧電素子11に印加され、したがって、
油密室の圧力Ｐ（油密室）が前述のように急速に上昇、
弁部材の部位に伴い下降するが、第１の所定電圧は弁部
材が着座位置に到達する程度の低い電圧となっているた
めに、Ｐ（油密室）のピーク値は小さく、弁部材の打ち
出し力（初期発生力）も小さくなり、弁部材の移動速度
は小さく抑えられる。このとき、圧電素子11の端子電圧
VPZTも油密室の圧力Ｐ（油密室）の反力により上昇後下
降するが同様にピーク値は小さくなる。
タ51aがオンとなり、したがって、コンデンサ4a、コイ
ル52、圧電素子11が１つのLC共振回路を構成し、コンデ
ンサ4aの電荷は圧電素子11に移送され、圧電素子11は充
電される。この場合、上述のLC共振回路の存在のため
に、圧電素子11の端子電圧VPZTは、コンデンサ4aの最終
電圧より高くになり、また、その後の自然転流によりサ
イリスタ51aは確実にターンオフする。この結果、第９
図の弁部材15,16階着座位置に変位する程度の第１の所
定電圧（350V）が圧電素子11に印加され、したがって、
油密室の圧力Ｐ（油密室）が前述のように急速に上昇、
弁部材の部位に伴い下降するが、第１の所定電圧は弁部
材が着座位置に到達する程度の低い電圧となっているた
めに、Ｐ（油密室）のピーク値は小さく、弁部材の打ち
出し力（初期発生力）も小さくなり、弁部材の移動速度
は小さく抑えられる。このとき、圧電素子11の端子電圧
VPZTも油密室の圧力Ｐ（油密室）の反力により上昇後下
降するが同様にピーク値は小さくなる。
次に、弁部材15,16が着座位置近傍に到達する程度の
所定時間後に２段目閉弁点弧信号S1′が発生すると、サ
イリスタ51bがオンとなり、したがって、コンデンサ4
b、コイル52、圧電素子11が１つのLC共振回路を構成
し、コンデンサ4bの電荷は圧電素子11に移送され、圧電
素子11はさらに充電されてたとえばその印加電圧は800V
となる。この場合、上述のLC共振回路の存在のために、
圧電素子11の端子電圧VPZTは、コンデンサ4a,4bの合計
電圧より高くになり、また、その後の自然転流によりサ
イリスタ51bは確実にターンオフする。この結果、弁部
材15,16は一段階で800Vを印加する場合に比べて低速で
着座し、しかも着座時の圧電素子11の発生力は従来と同
じく最大となり、弁部材15,16は電圧800Vによる閉弁力
を得てほとんどジャンピングなしに着座することにな
る。
所定時間後に２段目閉弁点弧信号S1′が発生すると、サ
イリスタ51bがオンとなり、したがって、コンデンサ4
b、コイル52、圧電素子11が１つのLC共振回路を構成
し、コンデンサ4bの電荷は圧電素子11に移送され、圧電
素子11はさらに充電されてたとえばその印加電圧は800V
となる。この場合、上述のLC共振回路の存在のために、
圧電素子11の端子電圧VPZTは、コンデンサ4a,4bの合計
電圧より高くになり、また、その後の自然転流によりサ
イリスタ51bは確実にターンオフする。この結果、弁部
材15,16は一段階で800Vを印加する場合に比べて低速で
着座し、しかも着座時の圧電素子11の発生力は従来と同
じく最大となり、弁部材15,16は電圧800Vによる閉弁力
を得てほとんどジャンピングなしに着座することにな
る。
上述状態で、所定期間後、開弁点弧信号S2を発生する
と、サイリスタ61がオンとなり、したがって、圧電素子
11およびコイル62が１つのLC共振回路を構成し、圧電素
子の電荷は放電される。この場合、上述のごとく、LC共
振回路の存在のために、圧電素子11の端子電圧VPZTは、
0Vより低く、たとえば−150Vとなり、また、その後の自
然転流によりサイリスタ61は確実にターンオフする。
と、サイリスタ61がオンとなり、したがって、圧電素子
11およびコイル62が１つのLC共振回路を構成し、圧電素
子の電荷は放電される。この場合、上述のごとく、LC共
振回路の存在のために、圧電素子11の端子電圧VPZTは、
0Vより低く、たとえば−150Vとなり、また、その後の自
然転流によりサイリスタ61は確実にターンオフする。
このように、第３図の回路により圧電素子11の充電電
圧は２段階制御される。
圧は２段階制御される。
第６図は本発明に係る圧電素子の駆動装置の第２の実
施例を示す回路図である。第６図においては、第３図と
異なり、１段目充電用コンデンサ4a及び２段目充電用コ
ンデンサ4bを並列接続しており、したががって、充電信
号S0により２つのコンデンサ4a,4bはほぼ同一の電圧に
充電される。なお、ダイオード4cは逆流防止用である。
すなわち、各コンデンサ4a,4bの端子電圧VA,VBは、 VA＝VB＝300V である。
施例を示す回路図である。第６図においては、第３図と
異なり、１段目充電用コンデンサ4a及び２段目充電用コ
ンデンサ4bを並列接続しており、したががって、充電信
号S0により２つのコンデンサ4a,4bはほぼ同一の電圧に
充電される。なお、ダイオード4cは逆流防止用である。
すなわち、各コンデンサ4a,4bの端子電圧VA,VBは、 VA＝VB＝300V である。
第６図の回路動作を第７図を参照して説明する。
圧電素子11の充電前に充電信号S0により高電圧発生回
路３を動作させ、この高電圧を２つのコンデンサ4a,4b
により同時に蓄積する。
路３を動作させ、この高電圧を２つのコンデンサ4a,4b
により同時に蓄積する。
次に、１段目閉弁点弧信号S1が発生すると、サイリス
タ51aがオンとなり、したがって、コンデンサ4a、コイ
ル52、圧電素子11が１つのLC共振回路を構成し、コンデ
ンサ4aの電荷は圧電素子11に移送され、圧電素子11は充
電される。この場合、上述のLC共振回路の存在のため
に、圧電素子11の端子電圧VPZTは、コンデンサ4aの最終
電圧より高くになり、また、その後の自然転流によりサ
イリスタ51aは確実にターンオフする。
タ51aがオンとなり、したがって、コンデンサ4a、コイ
ル52、圧電素子11が１つのLC共振回路を構成し、コンデ
ンサ4aの電荷は圧電素子11に移送され、圧電素子11は充
電される。この場合、上述のLC共振回路の存在のため
に、圧電素子11の端子電圧VPZTは、コンデンサ4aの最終
電圧より高くになり、また、その後の自然転流によりサ
イリスタ51aは確実にターンオフする。
次に、所定時間後に２段目閉弁点弧信号S1′が発生す
ると、サイリスタ51bがオンとなり、したがって、コン
デンサ4b、コイル52、圧電素子11が１つのLC共振回路を
構成し、コンデンサ4bの電荷は圧電素子11に移送され、
圧電素子11はさらに充電される。この場合、上述のLC共
振回路の存在のために、圧電素子11の端子電圧VPZTは、
コンデンサ4bの最終電圧より高くになり、また、その後
の自然転流によりサイリスタ51bは確実にターンオフす
る。
ると、サイリスタ51bがオンとなり、したがって、コン
デンサ4b、コイル52、圧電素子11が１つのLC共振回路を
構成し、コンデンサ4bの電荷は圧電素子11に移送され、
圧電素子11はさらに充電される。この場合、上述のLC共
振回路の存在のために、圧電素子11の端子電圧VPZTは、
コンデンサ4bの最終電圧より高くになり、また、その後
の自然転流によりサイリスタ51bは確実にターンオフす
る。
上述状態で、所定期間後、開弁点弧信号S2を発生する
と、サイリスタ61がオンとなり、したがって、圧電素子
11およびコイル62が１つのLC共振回路を構成し、圧電素
子の電荷は放電される。この場合、上述のごとく、LC共
振回路の存在のために、圧電素子11の端子電圧VPZTは、
0Vより低く、たとえば−150Vとなり、また、その後の自
然転流によりサイリスタ61は確実にターンオフする。
と、サイリスタ61がオンとなり、したがって、圧電素子
11およびコイル62が１つのLC共振回路を構成し、圧電素
子の電荷は放電される。この場合、上述のごとく、LC共
振回路の存在のために、圧電素子11の端子電圧VPZTは、
0Vより低く、たとえば−150Vとなり、また、その後の自
然転流によりサイリスタ61は確実にターンオフする。
このようにして、第２の実施例においても、第１の実
施例と同様に、圧電素子11の充電電圧は２段階制御され
る。
施例と同様に、圧電素子11の充電電圧は２段階制御され
る。
第８図は本発明に係る圧電素子の駆動装置の第３の実
施例を示す回路図である。第８図においては、第６図に
おける１段階充電用コンデンサ4a、及び２段階充電用コ
デンサ4bの別個の高電圧発生回路3,3′によって充電す
るようにしたものである。この場合には、第１及び第２
の実施例に比べて装置が大型化するが、充電能力を大き
くできるという利点がある。なお、第８図の回路動作は
第６図の回路動作とほぼ同一である。
施例を示す回路図である。第８図においては、第６図に
おける１段階充電用コンデンサ4a、及び２段階充電用コ
デンサ4bの別個の高電圧発生回路3,3′によって充電す
るようにしたものである。この場合には、第１及び第２
の実施例に比べて装置が大型化するが、充電能力を大き
くできるという利点がある。なお、第８図の回路動作は
第６図の回路動作とほぼ同一である。
以上説明したように本発明によれば、圧電素子の印加
電圧を２段階的に上昇せしめているので、弁部材のジャ
ンピングを防止でき、したがって、燃料噴射弁に適用し
た場合には、時間対噴射量線形特性の劣化、噴射初期時
の噴射率の振動、噴射圧力の低下等を防止できる。
電圧を２段階的に上昇せしめているので、弁部材のジャ
ンピングを防止でき、したがって、燃料噴射弁に適用し
た場合には、時間対噴射量線形特性の劣化、噴射初期時
の噴射率の振動、噴射圧力の低下等を防止できる。
第１図は本発明の基本構成を示す図、 第２図は本発明の作用を示すタイミング図、 第３図は本発明に係る圧電素子の駆動装置の第１の実施
例を示す回路図、 第４図は第３図の点弧信号を生成する点弧回路の回路
図、 第５図は第３図の回路動作を示すタイミング図、 第６図は本発明に係る圧電素子の駆動装置の第２の実施
例を示す回路図、 第７図は第６図の回路動作を示すタイミング図 第８図は本発明に係る圧電素子の駆動装置の第３の実施
例を示す回路図、 第9A図は圧電素子をアクチュエータとして用いた燃料噴
射弁の一例を示す縦断面図、 第9B図は第9A図を簡略化した図、 第10図は従来の圧電素子の駆動装置の回路図、 第11図は第10図の動作を示すタイミング図である。 １……バッテリ、 ２……イグニッションスイッチ、 ３……高電圧発生回路、 4,4a,4b……コンデンサ、 ５……充電スイッチング回路、 ６……放電スイッチング回路、 11……圧電素子。
例を示す回路図、 第４図は第３図の点弧信号を生成する点弧回路の回路
図、 第５図は第３図の回路動作を示すタイミング図、 第６図は本発明に係る圧電素子の駆動装置の第２の実施
例を示す回路図、 第７図は第６図の回路動作を示すタイミング図 第８図は本発明に係る圧電素子の駆動装置の第３の実施
例を示す回路図、 第9A図は圧電素子をアクチュエータとして用いた燃料噴
射弁の一例を示す縦断面図、 第9B図は第9A図を簡略化した図、 第10図は従来の圧電素子の駆動装置の回路図、 第11図は第10図の動作を示すタイミング図である。 １……バッテリ、 ２……イグニッションスイッチ、 ３……高電圧発生回路、 4,4a,4b……コンデンサ、 ５……充電スイッチング回路、 ６……放電スイッチング回路、 11……圧電素子。
Claims (1)
- 【請求項１】圧電素子（11）の変位を液体を介して弁部
材（15,16）に伝達して該弁部材を閉弁、開弁する駆動
装置であって、 高電圧発生手段（３）と、 前記弁部材を閉弁させるために、前記高電圧発生手段の
高電圧により前記圧電素子に前記弁部材が着座位置に到
達する程度の第１の所定電圧を印加し、さらに、該弁部
材が前記着座位置に到達する程度の時間に相当する所定
時間後に、該圧電素子の印加電圧を前記第１の所定電圧
より高い第２の所定電圧にする充電スイッチング回路
（５）と、 前記弁部材を開弁するために前記圧電素子の電荷を放電
させる放電スイッチング手段（６）と を具備する圧電素子の駆動装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1002876A JP2513011B2 (ja) | 1989-01-11 | 1989-01-11 | 圧電素子の駆動装置 |
| EP89121972A EP0371469B1 (en) | 1988-11-30 | 1989-11-29 | Apparatus for driving piezoelectric element for closing and opening valve member |
| US07/443,220 US5057734A (en) | 1988-11-30 | 1989-11-29 | Apparatus for driving piezoelectric element for closing and opening valve member |
| DE68921047T DE68921047T2 (de) | 1988-11-30 | 1989-11-29 | Apparat zum Antreiben eines piezoelektrischen Elements zum Öffnen oder zum Schliessen eines Ventilteils. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1002876A JP2513011B2 (ja) | 1989-01-11 | 1989-01-11 | 圧電素子の駆動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02185649A JPH02185649A (ja) | 1990-07-20 |
| JP2513011B2 true JP2513011B2 (ja) | 1996-07-03 |
Family
ID=11541555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1002876A Expired - Lifetime JP2513011B2 (ja) | 1988-11-30 | 1989-01-11 | 圧電素子の駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2513011B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3885283B2 (ja) * | 1997-05-09 | 2007-02-21 | 日産自動車株式会社 | 燃料噴射弁の駆動装置 |
| DE102006060311A1 (de) * | 2006-12-20 | 2008-06-26 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Betrieb eines Einspritzventils |
-
1989
- 1989-01-11 JP JP1002876A patent/JP2513011B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02185649A (ja) | 1990-07-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090430 Year of fee payment: 13 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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