JP2546231B2 - 圧電素子の駆動装置 - Google Patents

圧電素子の駆動装置

Info

Publication number
JP2546231B2
JP2546231B2 JP61053869A JP5386986A JP2546231B2 JP 2546231 B2 JP2546231 B2 JP 2546231B2 JP 61053869 A JP61053869 A JP 61053869A JP 5386986 A JP5386986 A JP 5386986A JP 2546231 B2 JP2546231 B2 JP 2546231B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric element
energy
amount
primary winding
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP61053869A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS62210241A (ja
Inventor
慶三 夏目
恭文 山田
康隆 中森
康行 榊原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
NipponDenso Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Soken Inc, NipponDenso Co Ltd filed Critical Nippon Soken Inc
Priority to JP61053869A priority Critical patent/JP2546231B2/ja
Priority to US07/024,514 priority patent/US4749897A/en
Publication of JPS62210241A publication Critical patent/JPS62210241A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2546231B2 publication Critical patent/JP2546231B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧電素子を電気・機械変換器として用いる場
合に前記圧電素子を電気的に駆動し所定の機械出力を得
るための駆動装置に関するものであり、特に機械出力と
して内燃機関へ燃料を噴射供給するユニットインジェク
タに用いて好適な圧電素子の駆動装置に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
従来、電気・機械変換器しては電磁現象を応用した回
転電気機械、又は電磁石等が広く用いられているが、近
年のシステムの高度化に伴うメカトロニクス化のニーズ
が高まるに従い電磁石と油圧回路を組み合わせる電磁弁
等のアクチュエータの高速化が強く要求されている。
この動きに応じ電磁現象を応用する場合に高速化の限
界となる渦電流及び磁気エネルギー注入の問題に無関係
で、極めて高速動作の期待出来るアクチュエータとして
圧電素子を応用した各種のアクチュエータが提案されて
いる。例えば、特開昭59−77043号公報には、電歪素子
の高速応答性、高発生力の特徴をユニットインジェクタ
に適用した例が開示されている。この効果は圧電素子を
用いても同様であり何らその効果を減ずるものではな
い。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、この種の装置において、電気駆動条件
として一般に高電圧、大電流が要求され、このための直
流電源が大型化し、高電圧に注意を要し、実用化への大
きな障害となっている。又、上記従来装置のユニットイ
ンジェクタの噴射量は素子の変位に応じて変化するもの
であり、この変化量は一般には印加電圧によって制御し
ているが、その変位量は大きな温度係数を持つので精密
な噴射量制御が困難であると言う問題点もある。
本発明は上記欠点に鑑み、小形で温度特性が良く安全
な、さらに噴射量を適切に制御可能な圧電素子の駆動装
置を提供することを目的とするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
そこで、本発明は、圧電素子を電気的に駆動し所定の
機械的変位を得るための圧電素子の駆動装置において、
1次巻線、2次巻線及び前記圧電素子を駆動させるため
のエネルギーを蓄積するエアギャップとを有すると共に
昇圧作用を備え、前記2次巻線に前記圧電素子が接続さ
れたトランスと、前記1次巻線に接続され、前記トラン
スのエアギャップに蓄積されるエネルギーの量を制御す
るスイッチング素子と、前記1次巻線に接続され前記1
次巻線に流れる電流量を検出する電流検出手段と、前記
スイッチング素子が駆動されている時の前記電流検出手
段にて検出される電流量が所定の値に達した時に前記ス
イッチング素子を遮断し、前記トランスのエアギャップ
に蓄積されたエネルギーを前記圧電素子に付与すること
により前記圧電素子の変位量を制御するエネルギー制御
手段とを備えたことを特徴とする。
また、本発明は、上記構成において圧電素子の変位を
受け、燃料を加圧す加圧手段を備え、燃料の噴射量を制
御するようにしている。
〔作用〕
まず、本発明者が考察した本発明の前提となる特性に
ついて述べる。第1図は内燃機関に燃料を噴射供給する
ユニットインジェクタ100の模式構成図であり、圧電素
子101の伸張に応じピストン102が圧力室103内の燃料を
噴射弁104より加圧噴射するものである。尚、105は逆止
弁であり、圧電素子101の収縮時にこの通路より燃料を
吸入する。第2図はこのユニットインジェクタの動作波
形であり、圧電素子101への印加圧電を201、変位を20
2、燃料の噴射率を203に示す。この結果印加電圧Vを一
定とした時の単位時間当りの噴射量Qは、圧電素子の駆
動周波数fに比例し204の特性となる。しかし印加電圧
Vに対し変位lは温度によって変化し、この結果噴射量
Qも第2図205,206に示す様に変化し安定な噴射量の制
御が不可能となる。
圧電素子の特性は電気的には容量特性を示し、その誘
電率εはキュリー・ワイスの法則に従い、例えば温度T
に対して第3図の301の様な特性となることが知られて
いる。
これより上記応用例に示す圧電縦効果について圧電方
程式に基づき考察を行い、以下の結論を得た。即ち、圧
電素子の歪δは次の(1)式で表される。
δ=SE・F+d33・E ……(1) ここで、SE :弾性コンプライアンス F :応力 d33:圧電定数 E :電界強度 である。又圧電定数d33と誘電率εとの間には次の
(2)式の関係がある。
ここで、Kは比例定数である。
従って、(1),(2)式より となる。又変位lはδに、誘電率εは静電容量Cに、電
界強度Eは素子の印加電圧Vに比例する為、(3)式は
次の様に変形出来る。
ここで、応力Fは圧電素子の歪が極めて小さいためス
プリング等によりオフセット荷重を加えた場合には一定
と考えて良く、変位lは が一定ならば誘電率εの変動による影響はなく一定と考
えて良い。
ところで、CV2は圧電素子に蓄えられる静電エネルギ
ーのディメンジョンを持ち、従って変位lは圧電素子に
注入される静電エネルギーにより制御出来ることにな
る。第4図に圧電一定とした場合とエネルギーを一定に
した場合の変位lと温度Tの関係の実験結果を夫々401,
402として示す。この結果は(4)式の正当性を実証す
るものである。
本発明は上記解析結果に基づき前記従来の欠点を解消
するものであり以下に詳述する。
〔実施例〕
第5図は本発明の一実施例を示すものであり、501は
例えば自動車の始動用蓄電池の様な低電圧の直流電源で
あり、502は磁気回路に空隙を有するトランスであり1
次巻線502a,2次巻線502bを持つ。2次側の高圧回路部分
はダイオード505、サイリスタ506、放電用抵抗507、圧
電素子101により構成される。また、1次巻線502aには
トランジスタ503が接続され、このトランジスタ503に電
流検出用抵抗504が接続される。さらに、シグナルコン
トローラ510はフリップ・フロップ511、比較器512、パ
ルス増幅器513により構成される。
第5図の構成において、圧電素子101に供給する静電
エネルギーをトランス502の磁気回路の空隙に電磁エネ
ルギーの形で蓄え、これを放出しようとするものであ
り、その動作波形を第6図に示す。ここで信号601,602,
603は図示しないエンジン制御用のメインコンピュータ
からの信号である。601は噴射指令パルスであり、時刻t
oで、この信号がフリップフロップ511のセット入力Sに
入力され出力Qは“1"レベルとなる。この結果トランジ
スタ503が導通し、出力電圧Eの電源501よりトランスの
1次巻線502aに第6図604の様に電流i1が流れる。この
時の電流の傾きはトランスの1次インダクタンスをL1
すれば、 であり、一定時間後、即ち の後、1次電流i1は603に示す電流指令値isに迄立ち上
がる。この電流i1は、電流検出用抵抗504により検出さ
れ、比較器512に入力される。比較器の他の入力は電流
指令値isであり、上記の如く1次電流i1がΔT1時間後電
流指令値isに達すると比較器512よりフリップフロップ5
11のリセット入力Rにトリガが加えられ出力Qは反転し
“0"レベルとなる。この結果トランジスタ503はOFFにな
る。
この時トランス502には1/2(L1・is 2)なる電磁エネ
ルギーが蓄えられている。このエネルギーは2次巻線50
2bが1次巻線502aと密に結合して巻回されているため、
ダイオード504を通して圧電素子101の静電エネルギーと
して蓄えられることになる。この時の圧電素子の端子電
圧Ecは605に示す様に なる値に迄上昇する。この結果、圧電素子101が伸張し
第1図の噴射弁104より第6図606に示す噴射率の燃料が
噴射され、そして時刻t1に於いて、吸入指令パルス602
が入力され、この信号はパルス増幅器513により電力増
幅された後サイリスタ506のゲートに印加され、サイリ
スタ506が導通して放電用抵抗507を介して圧電素子101
の電荷が放電し、圧電素子101が収縮するため、ユニッ
トインジェクタ100は燃料を吸入する。その後、時刻t2
より上記同様に噴射指令の処理を開始し、ΔT2時間後に
噴射を行なう。
次に、第7図に本発明の他の実施例を、第8図にその
動作波形を示す。第5図においてはトランス502の2次
側の回路素子として、ダイオード505、サイリスタ506、
抵抗507を用いたが、第1図に示す原理のユニットイン
ジェクタに於いては、圧電素子の伸張している時間は加
圧噴射が完了する迄の極めて短時間で良く、この時間に
対して2次側の共振周期を大きくすることにより第7図
の回路構成によっても上記装置は実現できる。即ち、第
7図に於いて、2次インダクタンスL2、圧電素子の静電
容量Cにより共振周期は となる。この共振周期Tを加圧噴射完了時間よりも充分
大きくすることにより前記2次側の高圧回路素子を省く
ことが出来る。ここで、ダイオード701は共振に伴う不
整噴射を防止すると共にトランジスタ503に印加される
逆電圧を制限し、圧電素子101に蓄えられた静電エネル
ギーを電源501に回生するものである。
尚、第7図の実施例に於いては第5図の実施例に比
べ、回生終了時に於ける不整噴射を防ぐために1次巻線
と2次線巻の巻数比を小さくする必要がある。
以上述べた実施例に於いては、第1図に示す原理ユニ
ットインジェクタの噴射量の制御を圧電素子に注入する
エネルギーにより行うための電磁エネルギーを、トラン
スの1次電流i1により制御したが、1次巻線に印加する
電圧Eと印加時間tの積により制御しても良く電圧Eが
一定の場合には時間tのみによっても制御出来ることは
言うまでもなく、何ら本発明の効果を損なうものではな
い。
〔発明の効果〕
以上の説明により明らかな様に本発明で、圧電素子に
供給するエネルギーの量を目標とする値に制御している
ため、前述の如くその変位lは温度変化による圧電素子
の静電容量の変化に無関係に一定となり、その結果、例
えば上記実施例の如く噴射燃料も安定に制御することが
可能となる。
更に本発明に依れば、圧電素子に供給するエネルギー
を空隙を有するトランスの空隙に蓄えられる電磁エネル
ギーにより制御しているため、始動用蓄電池の様な12〜
24V程度の低電圧源から圧電素子の駆動に必要な100〜10
00V程度の高電圧に昇圧するための特別の装置を必要と
せず、更にそのエネルギーはトランスの一定電流により
容易に制御可能なため、極めて小形で制御性の良い圧電
素子の駆動装置を提供することが出来る。
又、トランスには一次巻線とは絶縁された2次巻線を
設けこれにより圧電素子に給電しているため、一次側の
電位とは無関係となり、制御トランジスタの耐圧を低く
出来ると共に、ボディアースされている自動車に於いて
も二線式の配線が可能となり、高電圧に対する危険を少
なくできる。ちなみに、圧電素子の静電容量はこれを駆
動するために、直流の高電圧源を用いる場合の平滑用コ
ンデンサの静電容量に比べ極めて小さく、本発明によれ
ば、高電圧エネルギーの蓄積量も非常に小さく、更に圧
電素子の駆動時にのみ高電圧エネルギーが蓄積されるの
みであり、上述の如く直流の高電圧源を用いる場合に比
べ極めて安全である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用する装置の例を示すユニットイン
ジェクタの模式図、第2図は第1図に示す装置の動作特
性図、第3図は圧電素子の誘電率εの温度Tに対する特
性図、第4図は本発明及び従来の制御における圧電素子
の変位lの温度Tに対する特性図、第5図は本発明の一
実施例を示す構成図、第6図は第5図各部の信号及び動
作波形図、第7図は本発明の他の実施例を示す構成図、
第8図は第7図各部の信号及び動作波形図である。 100……ユニットインジェクタ,101……圧電素子,103…
…圧力室,501……蓄電池,502……トランス,502a……1
次巻線,502b……2次巻線,503……トランジスタ,504…
…電流検出用抵抗,506……サイリスタ,510……シグナル
コントローラ,511……フリップフロップ,512……比較
器,513……パルス増幅器,603……電流指令値,701……ダ
イオード。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中森 康隆 刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電装株 式会社内 (72)発明者 榊原 康行 西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会社日 本自動車部品総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−77043(JP,A) 特開 昭60−230574(JP,A) 特公 昭48−21961(JP,B1)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧電素子を電気的に駆動し所定の機械的変
    位を得るための圧電素子の駆動装置において、 1次巻線、2次巻線及び前記圧電素子を駆動させるため
    のエネルギーを蓄積するエアギャップとを有すると共に
    昇圧作用を備え、前記2次巻線に前記圧電素子が接続さ
    れたトランスと、 前記1次巻線に接続され、前記トランスのエアギャップ
    に蓄積されるエネルギーの量を制御するスイッチング素
    子と、 前記1次巻線に接続され前記1次巻線に流れる電流量を
    検出する電流検出手段と、 前記スイッチング素子が駆動されている時の前記電流検
    出手段にて検出される電流量が所定の値に達した時に前
    記スイッチング素子を遮断し、前記トランスのエアギャ
    ップに蓄積されたエネルギーを前記圧電素子に付与する
    ことにより前記圧電素子の変位量を制御するエネルギー
    制御手段とを備えたことを特徴とする圧電素子の駆動装
    置。
  2. 【請求項2】前記スイッチング素子に並列にエネルギー
    回生用のダイオードを接続し、前記圧電素子に蓄積され
    たエネルギーを電源に回生するようにしたことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項に記載の圧電素子の駆動装
    置。
  3. 【請求項3】圧電素子を電気的に駆動し所定の機械的変
    位を得て噴射弁より燃料を加圧噴射するための圧電素子
    の駆動装置において、 1次巻線、2次巻線及び前記圧電素子を駆動させるため
    のエネルギーを蓄積するエアギャップとを有すると共に
    昇圧作用を備え、前記2次巻線に前記圧電素子が接続さ
    れたトランスと、 前記1次巻線に接続され、前記トランスのエアギャップ
    に蓄積されるエネルギーの量を制御するスイッチング素
    子と、 前記1次巻線に接続され前記1次巻線に流れる電流量を
    検出する電流検出手段と、 前記圧電素子の変位を受けて燃料を加圧する加圧手段
    と、 前記スイッチング素子が駆動されている時の前記電流検
    出手段にて検出される電流量が所定の値に達した時に前
    記スイッチング素子を遮断し、前記トランスのエアギャ
    ップに蓄積されたエネルギーを前記圧電素子に付与する
    ことにより前記圧電素子の変位量を制御するエネルギー
    制御手段とを備えたことを特徴とする圧電素子の駆動装
    置。
JP61053869A 1986-03-12 1986-03-12 圧電素子の駆動装置 Expired - Fee Related JP2546231B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61053869A JP2546231B2 (ja) 1986-03-12 1986-03-12 圧電素子の駆動装置
US07/024,514 US4749897A (en) 1986-03-12 1987-03-11 Driving device for piezoelectric element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61053869A JP2546231B2 (ja) 1986-03-12 1986-03-12 圧電素子の駆動装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS62210241A JPS62210241A (ja) 1987-09-16
JP2546231B2 true JP2546231B2 (ja) 1996-10-23

Family

ID=12954764

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61053869A Expired - Fee Related JP2546231B2 (ja) 1986-03-12 1986-03-12 圧電素子の駆動装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2546231B2 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2550960B2 (ja) * 1986-10-01 1996-11-06 トヨタ自動車株式会社 圧電素子を用いた燃料噴射弁駆動装置
JP2754610B2 (ja) * 1988-11-09 1998-05-20 株式会社デンソー 圧電アクチュエータ駆動装置
JPH0529674A (ja) * 1991-07-20 1993-02-05 Fujitsu Ltd 圧電素子の駆動回路
US5520154A (en) * 1992-03-04 1996-05-28 Ficht Gmbh Fuel injection device according to the solid-state energy storage principle for internal combustion engines
DE19644521A1 (de) * 1996-10-25 1998-04-30 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern eines kapazitiven Stellgliedes
DE19652801C1 (de) * 1996-12-18 1998-04-23 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern wenigstens eines kapazitiven Stellgliedes
EP1139448B1 (en) * 2000-04-01 2009-10-21 Robert Bosch GmbH Method and apparatus for regulating voltages and voltage gradients for driving piezoelectric elements

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5977043A (ja) * 1982-10-25 1984-05-02 Nippon Soken Inc 内燃機関の燃料噴射装置
JPS60230574A (ja) * 1984-04-27 1985-11-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 給油ポンプ装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPS62210241A (ja) 1987-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4749897A (en) Driving device for piezoelectric element
CN107110053B (zh) 燃料喷射装置的驱动装置
US9714626B2 (en) Drive device for fuel injection device
US8081498B2 (en) Internal combustion engine controller
US4735185A (en) Apparatus for feeding high-pressure fuel into engine cylinder for injection control
EP1381764B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung eines piezoaktors
US5975057A (en) Fuel injector control circuit and system with boost and battery switching, and method therefor
JP6121552B2 (ja) 内燃機関の燃料噴射制御装置
DE102004009373A1 (de) Piezobetätigungsglied-Antriebsschaltung
JP2546231B2 (ja) 圧電素子の駆動装置
JP2002021679A (ja) 燃料噴射装置及び内燃機関
DE112016005107T5 (de) Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung und Kraftstoffeinspritzsystem
US7732946B2 (en) Current source, control device and method for operating said control device
JPH07107753A (ja) 圧電素子駆動装置
JPS61145343A (ja) 燃料噴射器の作動を制御指示する回路
JP4332100B2 (ja) 作動の終了の瞬間を検出する電気アクチュエータの制御装置、および電気アクチュエータ作動の終了の瞬間を検出する方法
JP3222012B2 (ja) 電磁弁駆動回路
JPS6032327B2 (ja) ソレノイドコイルを用いた電気−機械変換器の駆動回路
JP3268245B2 (ja) 電磁弁駆動回路
JPH0726701B2 (ja) 電磁弁駆動回路
JP2600881B2 (ja) 燃料噴射弁
JP4118432B2 (ja) 電磁弁駆動回路
JP3036105B2 (ja) ピエゾアクチュエータの駆動回路
JP3268244B2 (ja) 電磁弁駆動回路
WO2005014992A1 (en) Method for operating an inductive electroactuator control device

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees