JP3636442B2 - 容量性アクチュエータの充電のための方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、容量性アクチュエータ、例えば内燃機関の燃料噴射弁の充電のための方法に関している。また本発明はこの方法を実施するための装置にも関している。
【０００２】
内燃機関の燃料噴射弁を制御する際の利点の１つには、アクチュエータの短い切換時間があげられる。これは急峻なニードルエッジと噴射された燃料量の僅かな散らばりに結びつく。燃焼技術的な側面からは可及的に短い充電時間が望まれる。
【０００３】
なだらかな燃焼経過特性を得るためには、噴射燃料量が予備噴射量とメイン噴射量に分割される。これは緩慢な燃焼と燃焼ノイズの低減を可能にする。アクチュエータはこれまでは一定の充放電時間（エネルギー源からアクチュエータ/アクチュエータからエネルギー源への再充電の持続時間）を用いて制御されておりを用いて起動制御されており、これは、所定の燃料予備噴射量が内燃機関の最大の負荷領域ないし回転数領域においてもまだ噴射可能であるようにするために、非常に短くなければならない（例えば１００μｓ）。
【０００４】
充電プロセスは、例えば充電源（充電コンデンサと再充電コンデンサの直列回路）から再充電コイルを介してアクチュエータまでの充電の転回過程として行われる。この場合再充電コイルのインダクタンスは、再充電コンデンサとアクチュエータのキャパシタンスと関連して充放電過程（充放電時間）の時定数を定める。この種の装置は、例えばドイツ連邦共和国特許出願 DE 19652801 明細書からも公知である。
【０００５】
ドイツ連邦共和国特許出願 DE 195 29 667 C2 明細書からは、２つの圧電アクチュエータの制御のための装置が公知であり、この場合は、圧電アクチュエータの配設されている振動回路の周波数が、温度係数や経年係数による補償のために変更可能となっている。
【０００６】
さらにドイツ連邦共和国特許出願 DE 197 14 607 A1 明細書からは、圧電素子の段階的な充放電のための方法が公知であり、この方法では、充電開始後の所定の時点で再充電過程が、抵抗とコンデンサを備えた充電経路から、コイルとさらなるコンデンサを備えた充電経路へ切替えられる。放電過程はこれとは逆の順序で行われている。
【０００７】
しかしながら短い充電時間は、人間の耳にとって耳障りな周波数領域での多くのノイズ発生につながる。このことは例えば自動車内において、内燃機関がアイドリング状態でエンジンノイズの少ない時においては非常に不快に感じられる。
【０００８】
故に本発明の課題は、内燃機関の燃料噴射弁の容量性アクチュエータの制御のための方法において、アクチュエータノイズの発生を極力抑えられるように改善を行うことである。また本発明の課題は、このような方法を実施できる装置を提供することである。
【０００９】
前記課題は、請求項１の特徴部分に記載の本発明によって解決される。請求項３または４に記載の装置を用いれば、アクチュエータの充放電時間が特に内燃機関の低負荷領域やアイドリング領域において充電過程中の種々の手段によって変更され得る（例えば１００μｓ〜２００μｓ）。
【００１０】
本発明の方法によれば、アクチュエータを充電する、再充電コンデンサの総キャパシタンス、つまりここでは少なくとも２つの並列接続された再充電コンデンサＣ２ａ、Ｃ２ｂ（これは例えば２００μｓの最大充電時間を可能にする）のキャパシタンスが充填過程の所定の時点で、これらの並列な再充電コンデンサのうちの少なくとも１つの遮断によって低減される。これによって充電時間が短縮される。
【００１１】
最適な充電時間の選択に対して言えることは、充電時間の持続時間と最小の燃料噴射持続時間との間の制約に関することである。このことは特に噴射圧力が高い場合に臨界的となる。なぜなら噴射された燃料量は、同じ噴射持続時間のもとでは、負荷に比例する燃圧の増加に伴って増加するからである。所定の噴射量、特に比較的僅かな予備噴射量を達成するためには、燃圧の増加と共に常に噴射持続時間の短縮が必要とされる。
【００１２】
それに対してメイン噴射のもとでは、噴射量は負荷ないしは圧力に依存する。比較的小さな負荷の場合には、少ない噴射量しか必要ないが、負荷が大きい場合には、多くの噴射量が高い燃圧のもとで必要となる。この燃料量と燃圧との間の相関関係は、高負荷領域においてもメイン噴射に対する比較的長い充電時間の適用を可能にする。
【００１３】
容量性アクチュエータの種々異なる充電時間は、デッドタイム効果（噴射開始と終了の遅延）までの所期の限界枠内（例えば１００μｓ〜２００μｓ）において、燃焼過程に係わる噴射経過特性に何も影響を及ぼさない。
【００１４】
以下の明細書では、本発明による方法を実施するための装置の実施例を図面に基づき詳細に説明する。この場合、
図１は、公知装置の基本回路図であり、
図２は、本発明の第１実施例を示した図であり、
図３は、図２による実施例の充放電時間のダイヤグラムであり、
図４は、本発明の第２実施例を示した図であり、
図５は、図４による実施例の充放電時間のダイヤグラムである。
【００１５】
実施例
図１による容量性アクチュエータＰの充放電のための公知装置の基本回路は、エネルギー源Ｖによって充電可能な充電源、ここでは充電コンデンサＣ１と、充電スイッチＴ１と、阻止ダイオードＤ１と、再充電コンデンサＣ２と、再充電コイルＬと、１つまたは複数の並列接続されたアクチュエータＰ、Ｐ′からなる、両側でアース電位にせつぞくされた直列回路からなっている。この場合アクチュエータＰ、Ｐ′の各々には選択スイッチＳ、Ｓ′が直列に接続されている。充電スイッチＴ１側に延びている再充電コンデンサＣ２の端子は、さらなる阻止ダイオードＤ２と直列に接続された放電スイッチＴ２を介してアース電位にも接続され得る。この２つのスイッチＴ１とＴ２は制御回路ＳＴによって制御されている。充電コンデンサＣ１のキャパシタンスは、再充電コンデンサＣ２のキャパシタンスよりもはるかに大きい（Ｃ１＞＞Ｃ２）。
【００１６】
本発明において、充電スイッチ、放電スイッチ、選択スイッチとは、有利には、導通または非導通状態に切替えられるスイッチ、例えばサイリスタやＭＯＳＦＥＴなどを指すものと理解されたい（これらは自身を流れる電流がゼロになった場合には自動的に再び非導通状態になる）。
【００１７】
アクチュエータＰの充電は、充電スイッチＴ１の閉成（導通終了切換）によって行われる。その際この充電は、充電源（充電コンデンサＣ１）から再充電コンデンサＣ２、再充電コイルＬを介してアクチュエータＰまでの半正弦波振動の形態の電流Ｉによって振動する。この充電時間においては、アクチュエータ電圧Ｕが所定の値まで上昇し、アクチュエータＰは、燃料噴射弁を開放する。
【００１８】
電流Ｉがゼロになると、充電スイッチＴ１が再び開かれ（非導通状態）、アクチュエータ電圧Ｕは、放電スイッチＴ２の閉成による放電過程の開始まで、維持され続ける。ここにおいて振動によりアクチュエータＰから再充電コイルＬを介して再充電コンデンサＣ２への充電が始まると、アクチュエータ電圧Ｕは、再びゼロに向かい、電流Ｉがゼロになり、燃料噴射弁は、アクチュエータＰによって閉じられる。放電スイッチＴ２は、次の充電過程の前に再び閉成されなければならない（非導通状態）。それにより燃料噴射過程が終了する。充電コンデンサＣ１へのフィードバック充電は、阻止ダイオードＤ１によって阻止される。
【００１９】
図２には、本発明による第１実施例の回路が示されており、これは図１による公知の回路と次の点で異なっている。すなわち充電スイッチＴ１ａ、阻止ダイオードＤ１ａ、再充電コンデンサＣ２ａからなる直列回路に並列して、さらなる充電スイッチＴ１ｂ、さらなる阻止ダイオードＤ１ｂ、さらなる再充電コンデンサＣ１ｂからなる同種の直列回路が接続されていることと、２つの再充電コンデンサＣ２ａ、Ｃ２ｂの、充電スイッチＴ１ａ、Ｔ１ｂに向いた側の端子が、再充電コンデンサＣ２ｂから再充電コンデンサＣ２ａ方向に導通するダイオードＤ２ｂによって相互に接続されている点で異なっている。さらにこの種の並列接続されたさらなる直列回路が設けられていてもよく、このことは波線の矢印によって表されている。
【００２０】
この回路の動作は、以下の明細書で図３に示されているアクチュエータＰを流れる電流経過Ｉと、充電スイッチＴ１ａおよびＴ１ｂ並びに放電スイッチＴ２の切換状態のダイヤグラムに基づいて説明する。
【００２１】
２つの再充電コンデンサＣ２ａ、Ｃ２ｂは、次のように選定されている。すなわちアクチュエータＰ（ないしＰ′）の充電が２つのコンデンサＣ２ａ，Ｃ２ｂの並列回路から所望の最大充電時間、例えば２００μｓによって行われるように構成されている。
【００２２】
それに対して時点ｔ０において（図３）、２つの充電スイッチＴ１ａ、Ｔ１ｂが同時に導通制御され、これによってアクチュエータＰがコンデンサＣ１，Ｃ２ａ、Ｃ２ｂから再充電コイルＬを介して充電され、正弦波形状の電流Ｉが選択スイッチＳによって選択されたアクチュエータＰを通って通流開始される。２つの再充電コンデンサＣ２ａ，Ｃ２ｂにおける電圧は均等に低下する。（波線で示されている）２つの充電スイッチＴ１ａ、Ｔ１ｂは、電流Ｉが（波線で示されている）時点ｔ３においてゼロになるまで導通状態に維持され、それにより充電時間は、ｔ３−ｔ０＝２００μｓとなる。
【００２３】
本発明によれば、比較的短い充電時間を得るために例えば充電スイッチＴ１ａが事前に時点ｔ１において開放、すなわち非導通状態に制御される。それにより、電流通流は、２つのコンデンサＣ１とＣ２ｂの直列回路からしか行われず、これによって電流Ｉ（実線で示されている特性曲線）は既に時点ｔ２においてゼロになる。この時点では第２の充電スイッチも再び非導通状態におかれる。この手段によって、充電時間はｔ２−ｔ０の持続時間となる。時点ｔ０において開始された充電時間の終了は、このようにして時点＜ｔ１とｔ３の間で可変である。これにより充電時間は＜１００μｓから選択された最大のここでは２００μｓまでの間で選択が可能となる。充電過程の終了時点（ｔ２）では、第１の再充電コンデンサＣ２ａ（これは完全には放電されていない）において、例えばまだ＋８０Ｖの電圧が存在し、それに対して第２の再充電コンデンサＣ２ｂにおける電圧は例えば−５０Ｖであり得る。
【００２４】
例えば時点ｔ４で開始される、アクチュエータＰの放電のもとでは（充電スイッチＴ２ａとＴ２ｂが既に非導通状態である）、放電スイッチＴ２が導通状態に制御される。それによりアクチュエータＰは再充電コイルＬを介して、ダイオードＤ２ａ、Ｄ２ｂを用いて並列接続された２つの再充電コンデンサＣ２ａ，Ｃ２ｂへ放電され、この場合まず最初に第２の再充電コンデンサＣ２ｂが、第１の再充電コンデンサＣ２ａの電圧（＋８０Ｖ）に達するまで充電され、それに続いて２つの再充電コンデンサがアクチュエータＰが放電されるまで均等に継続充電される。このようにして各放電時間はそのつどの先行する充電時間に相応する。放電時間は、選択された例（充電時間ｔ０〜ｔ２）の場合、時点ｔ６（波線の特性曲線）の代わりに既に時点ｔ５（実線の特性曲線）において終了している。
【００２５】
それぞれの選択スイッチＳまたはＳ′は、少なくとも充電時間の開始（ｔ０）から放電時間の終了（ｔ５またはｔ６）まで導通状態でなければならない。
【００２６】
図４には、本発明による第２実施例の回路が示されている。この第２実施例は図１による公知の装置と次の点で異なっている。すなわち第２の阻止ダイオードＤ２と第３の阻止ダイオードＤ３が同じ電流通流方向で直列に接続され、再充電コンデンサＣ２ａと再充電コイルＬの接続点からは、第２の再充電コンデンサＣ２ｂとさらなる充電スイッチＴ３と第４の阻止ダイオードＤ４からなる直列回路が基準電位に接続されている点で異なっている。この場合第４の阻止ダイオードＤ４のアノードは、基準電位から第２の再充電コンデンサＣ２ｂ方向に電流通流させ、第４の阻止ダイオードＤ４のカソードは、第２及び第３の阻止ダイオードＤ２，Ｄ３の接続点と接続されている。ここでもＣ１＞＞Ｃ２ａ，Ｃ２ｂである。
【００２７】
２つの再充電コンデンサＣ２ａ，Ｃ２ｂは、この実施例においてもアクチュエータＰ（ないしＰ′）の充電が２つのコンデンサＣ２ａ，Ｃ２ｂの並列回路から所望の最大充電時間、例えば２００μｓによって行われるように構成されている。
【００２８】
それに対して時点ｔ０（図５）で２つの充電スイッチＴ１，Ｔ３が同時に導通状態に制御され、これによってアクチュエータＰがコンデンサＣ１，Ｃ２ａ及びＣ２ｂから再充電コイルＬを介して充電され、正弦波形状の電流ＩがアクチュエータＰ（これは選択スイッチＳによって選択される）を通って通流開始される。
【００２９】
２つの再充電コンデンサＣ２ａ，Ｃ２ｂにおける電圧は均等に低下する。２つの充電スイッチＴ１ａ、Ｔ１ｂは、電流Ｉ（波線の特性曲線）が時点ｔ３においてゼロになるまで導通状態に維持され、それにより充電時間は、ｔ３−ｔ０＝２００μｓとなる。
【００３０】
比較的短い充電時間を得るために充電スイッチＴ１は事前に時点ｔ１において開かれる、すなわち非導通状態に制御される。それにより、電流通流は再充電コンデンサＣ２ｂから再充電コイルＬを介してアクチュエータＰまで行われ、さらにこのアクチュエータＰから選択スイッチ、阻止ダイオードＤ４およびさらなる充電スイッチＴ３を介して再充電コンデンサＣ２ｂに、いわば再充電コンデンサＣ２ｂと再充電コイルＬの放電のための “還流電流”のように、この電流が時点ｔ２においてゼロになるまで戻される（図５中の時点ｔ１〜ｔ２実線の特性曲線）。その間はさらなる充電スイッチＴ３は必ず導通状態でなければならない。
【００３１】
それにより、充電時間はｔ２−ｔ０の持続時間となる。時点ｔ０において開始された充電時間の終了は、このようにして時点＜ｔ１とｔ３の間で可変である。これにより充電時間は＜１００μｓから選択された最大のここでは２００μｓまでの間で選択が可能となる。
【００３２】
充電過程の終了時点（ｔ２）では、第１の実施例のように、第１の再充電コンデンサＣ２ａ（これは完全には放電されていない）において、例えばまだ＋８０Ｖの電圧が存在し、それに対して第２の再充電コンデンサＣ２ｂにおける電圧は例えば−５０Ｖであり得る。
【００３３】
時点ｔ４で開始される、アクチュエータＰの放電のもとでは（充電スイッチは非導通状態）、放電スイッチＴ２が導通状態に制御される。さらなる充電スイッチＴ３がこの時点おいてまだ導通状態であるならば、第１の実施例で既述したように、アクチュエータＰは再充電コイルＬを介して、ダイオードＤ２を用いて並列接続された２つの再充電コンデンサＣ２ａ，Ｃ２ｂへ放電され、この場合まず最初に第２の再充電コンデンサＣ２ｂが、第１の再充電コンデンサＣ２ａの電圧（＋８０Ｖ）に達するまで充電され、それに続いて２つの再充電コンデンサがアクチュエータＰが放電されるまで均等に継続充電される。このようにして各放電時間はそのつどの先行する充電時間に相応する。この放電時間は、選択された例（充電時間ｔ０〜ｔ２）の場合、時点ｔ６（波線の特性曲線）の代わりに既に時点ｔ５（実線の特性曲線）において終了している。
【００３４】
時点ｔ４（図５）で開始される、アクチュエータＰの放電のもとで、充電スイッチＴ１が非導通状態であるならば、放電スイッチＴ２は導通状態に制御される。その際充電スイッチＴ３は、まだアクティブに導通状態かまたはそれがＭＯＳＦＥＴであるなら、規定の反転ダイオードによって放電スイッチＴ２方向に電流通流される（図５の波線）。
【００３５】
それにより、アクチュエータＰは再充電コイルＬを介して、２つの再充電コンデンサＣ２ａ，Ｃ２ｂへ放電され、この場合もまず最初に第２の再充電コンデンサＣ２ｂが、第１の再充電コンデンサＣ２ａの電圧（＋８０Ｖ）に達するまで充電され、それに続いて２つの再充電コンデンサがアクチュエータＰが放電されるまで均等に継続充電される。このようにして各放電時間はそのつどの先行する充電時間に相応する。放電時間は、選択された例（充電時間ｔ０〜ｔ２）の場合、時点ｔ６（波線の特性曲線）の代わりに既に時点ｔ５（実線の特性曲線）において終了している。
【００３６】
それぞれの選択スイッチＳまたはＳ′は、少なくとも充電時間の開始（ｔ０）から放電時間の終了（ｔ５またはｔ６）まで導通状態でなければならない。
【００３７】
短縮された充電時間を有するこの第２の実施例では（充電スイッチＴ１はさらなる充電スイッチＴ３の前に非導通）、燃料噴射量が次のことによって最小化され得る。すなわちさらなる充電スイッチＴ３と放電スイッチＴ２が逆に作動されることである（Ｔ２が非道通状態の場合Ｔ３は導通そしてＴ３が非導通ならＴ２は導通）。これにより放電時間は直接、充電時間に追従する。Ｔ１とＴ３が時点ｔ０において同期して導通状態に制御され、時点ｔ３において非導通状態に制御されるならば、Ｔ２とＴ３の反転動作が回避できる。詳細にはＴ１とＴ３が同時に非導通状態に制御され、Ｔ２が導通状態に制御される場合には、短時間の交差によってＴ１とＴ２が導通状態に制御され、充電コンデンサＣ１と放電源Ｖが短絡される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 公知装置の基本回路図である。
【図２】本発明の第１実施例を示した図である。
【図３】図２による実施例の充放電時間のダイヤグラムである。
【図４】本発明の第２実施例を示した図である。
【図５】図４による実施例の充放電時間のダイヤグラムである。
本発明は、容量性アクチュエータ、例えば内燃機関の燃料噴射弁の充電のための方法に関している。また本発明はこの方法を実施するための装置にも関している。
【０００２】
内燃機関の燃料噴射弁を制御する際の利点の１つには、アクチュエータの短い切換時間があげられる。これは急峻なニードルエッジと噴射された燃料量の僅かな散らばりに結びつく。燃焼技術的な側面からは可及的に短い充電時間が望まれる。
【０００３】
なだらかな燃焼経過特性を得るためには、噴射燃料量が予備噴射量とメイン噴射量に分割される。これは緩慢な燃焼と燃焼ノイズの低減を可能にする。アクチュエータはこれまでは一定の充放電時間（エネルギー源からアクチュエータ/アクチュエータからエネルギー源への再充電の持続時間）を用いて制御されておりを用いて起動制御されており、これは、所定の燃料予備噴射量が内燃機関の最大の負荷領域ないし回転数領域においてもまだ噴射可能であるようにするために、非常に短くなければならない（例えば１００μｓ）。
【０００４】
充電プロセスは、例えば充電源（充電コンデンサと再充電コンデンサの直列回路）から再充電コイルを介してアクチュエータまでの充電の転回過程として行われる。この場合再充電コイルのインダクタンスは、再充電コンデンサとアクチュエータのキャパシタンスと関連して充放電過程（充放電時間）の時定数を定める。この種の装置は、例えばドイツ連邦共和国特許出願 DE 19652801 明細書からも公知である。
【０００５】
ドイツ連邦共和国特許出願 DE 195 29 667 C2 明細書からは、２つの圧電アクチュエータの制御のための装置が公知であり、この場合は、圧電アクチュエータの配設されている振動回路の周波数が、温度係数や経年係数による補償のために変更可能となっている。
【０００６】
さらにドイツ連邦共和国特許出願 DE 197 14 607 A1 明細書からは、圧電素子の段階的な充放電のための方法が公知であり、この方法では、充電開始後の所定の時点で再充電過程が、抵抗とコンデンサを備えた充電経路から、コイルとさらなるコンデンサを備えた充電経路へ切替えられる。放電過程はこれとは逆の順序で行われている。
【０００７】
しかしながら短い充電時間は、人間の耳にとって耳障りな周波数領域での多くのノイズ発生につながる。このことは例えば自動車内において、内燃機関がアイドリング状態でエンジンノイズの少ない時においては非常に不快に感じられる。
【０００８】
故に本発明の課題は、内燃機関の燃料噴射弁の容量性アクチュエータの制御のための方法において、アクチュエータノイズの発生を極力抑えられるように改善を行うことである。また本発明の課題は、このような方法を実施できる装置を提供することである。
【０００９】
前記課題は、請求項１の特徴部分に記載の本発明によって解決される。請求項３または４に記載の装置を用いれば、アクチュエータの充放電時間が特に内燃機関の低負荷領域やアイドリング領域において充電過程中の種々の手段によって変更され得る（例えば１００μｓ〜２００μｓ）。
【００１０】
本発明の方法によれば、アクチュエータを充電する、再充電コンデンサの総キャパシタンス、つまりここでは少なくとも２つの並列接続された再充電コンデンサＣ２ａ、Ｃ２ｂ（これは例えば２００μｓの最大充電時間を可能にする）のキャパシタンスが充填過程の所定の時点で、これらの並列な再充電コンデンサのうちの少なくとも１つの遮断によって低減される。これによって充電時間が短縮される。
【００１１】
最適な充電時間の選択に対して言えることは、充電時間の持続時間と最小の燃料噴射持続時間との間の制約に関することである。このことは特に噴射圧力が高い場合に臨界的となる。なぜなら噴射された燃料量は、同じ噴射持続時間のもとでは、負荷に比例する燃圧の増加に伴って増加するからである。所定の噴射量、特に比較的僅かな予備噴射量を達成するためには、燃圧の増加と共に常に噴射持続時間の短縮が必要とされる。
【００１２】
それに対してメイン噴射のもとでは、噴射量は負荷ないしは圧力に依存する。比較的小さな負荷の場合には、少ない噴射量しか必要ないが、負荷が大きい場合には、多くの噴射量が高い燃圧のもとで必要となる。この燃料量と燃圧との間の相関関係は、高負荷領域においてもメイン噴射に対する比較的長い充電時間の適用を可能にする。
【００１３】
容量性アクチュエータの種々異なる充電時間は、デッドタイム効果（噴射開始と終了の遅延）までの所期の限界枠内（例えば１００μｓ〜２００μｓ）において、燃焼過程に係わる噴射経過特性に何も影響を及ぼさない。
【００１４】
以下の明細書では、本発明による方法を実施するための装置の実施例を図面に基づき詳細に説明する。この場合、
図１は、公知装置の基本回路図であり、
図２は、本発明の第１実施例を示した図であり、
図３は、図２による実施例の充放電時間のダイヤグラムであり、
図４は、本発明の第２実施例を示した図であり、
図５は、図４による実施例の充放電時間のダイヤグラムである。
【００１５】
実施例
図１による容量性アクチュエータＰの充放電のための公知装置の基本回路は、エネルギー源Ｖによって充電可能な充電源、ここでは充電コンデンサＣ１と、充電スイッチＴ１と、阻止ダイオードＤ１と、再充電コンデンサＣ２と、再充電コイルＬと、１つまたは複数の並列接続されたアクチュエータＰ、Ｐ′からなる、両側でアース電位にせつぞくされた直列回路からなっている。この場合アクチュエータＰ、Ｐ′の各々には選択スイッチＳ、Ｓ′が直列に接続されている。充電スイッチＴ１側に延びている再充電コンデンサＣ２の端子は、さらなる阻止ダイオードＤ２と直列に接続された放電スイッチＴ２を介してアース電位にも接続され得る。この２つのスイッチＴ１とＴ２は制御回路ＳＴによって制御されている。充電コンデンサＣ１のキャパシタンスは、再充電コンデンサＣ２のキャパシタンスよりもはるかに大きい（Ｃ１＞＞Ｃ２）。
【００１６】
本発明において、充電スイッチ、放電スイッチ、選択スイッチとは、有利には、導通または非導通状態に切替えられるスイッチ、例えばサイリスタやＭＯＳＦＥＴなどを指すものと理解されたい（これらは自身を流れる電流がゼロになった場合には自動的に再び非導通状態になる）。
【００１７】
アクチュエータＰの充電は、充電スイッチＴ１の閉成（導通終了切換）によって行われる。その際この充電は、充電源（充電コンデンサＣ１）から再充電コンデンサＣ２、再充電コイルＬを介してアクチュエータＰまでの半正弦波振動の形態の電流Ｉによって振動する。この充電時間においては、アクチュエータ電圧Ｕが所定の値まで上昇し、アクチュエータＰは、燃料噴射弁を開放する。
【００１８】
電流Ｉがゼロになると、充電スイッチＴ１が再び開かれ（非導通状態）、アクチュエータ電圧Ｕは、放電スイッチＴ２の閉成による放電過程の開始まで、維持され続ける。ここにおいて振動によりアクチュエータＰから再充電コイルＬを介して再充電コンデンサＣ２への充電が始まると、アクチュエータ電圧Ｕは、再びゼロに向かい、電流Ｉがゼロになり、燃料噴射弁は、アクチュエータＰによって閉じられる。放電スイッチＴ２は、次の充電過程の前に再び閉成されなければならない（非導通状態）。それにより燃料噴射過程が終了する。充電コンデンサＣ１へのフィードバック充電は、阻止ダイオードＤ１によって阻止される。
【００１９】
図２には、本発明による第１実施例の回路が示されており、これは図１による公知の回路と次の点で異なっている。すなわち充電スイッチＴ１ａ、阻止ダイオードＤ１ａ、再充電コンデンサＣ２ａからなる直列回路に並列して、さらなる充電スイッチＴ１ｂ、さらなる阻止ダイオードＤ１ｂ、さらなる再充電コンデンサＣ１ｂからなる同種の直列回路が接続されていることと、２つの再充電コンデンサＣ２ａ、Ｃ２ｂの、充電スイッチＴ１ａ、Ｔ１ｂに向いた側の端子が、再充電コンデンサＣ２ｂから再充電コンデンサＣ２ａ方向に導通するダイオードＤ２ｂによって相互に接続されている点で異なっている。さらにこの種の並列接続されたさらなる直列回路が設けられていてもよく、このことは波線の矢印によって表されている。
【００２０】
この回路の動作は、以下の明細書で図３に示されているアクチュエータＰを流れる電流経過Ｉと、充電スイッチＴ１ａおよびＴ１ｂ並びに放電スイッチＴ２の切換状態のダイヤグラムに基づいて説明する。
【００２１】
２つの再充電コンデンサＣ２ａ、Ｃ２ｂは、次のように選定されている。すなわちアクチュエータＰ（ないしＰ′）の充電が２つのコンデンサＣ２ａ，Ｃ２ｂの並列回路から所望の最大充電時間、例えば２００μｓによって行われるように構成されている。
【００２２】
それに対して時点ｔ０において（図３）、２つの充電スイッチＴ１ａ、Ｔ１ｂが同時に導通制御され、これによってアクチュエータＰがコンデンサＣ１，Ｃ２ａ、Ｃ２ｂから再充電コイルＬを介して充電され、正弦波形状の電流Ｉが選択スイッチＳによって選択されたアクチュエータＰを通って通流開始される。２つの再充電コンデンサＣ２ａ，Ｃ２ｂにおける電圧は均等に低下する。（波線で示されている）２つの充電スイッチＴ１ａ、Ｔ１ｂは、電流Ｉが（波線で示されている）時点ｔ３においてゼロになるまで導通状態に維持され、それにより充電時間は、ｔ３−ｔ０＝２００μｓとなる。
【００２３】
本発明によれば、比較的短い充電時間を得るために例えば充電スイッチＴ１ａが事前に時点ｔ１において開放、すなわち非導通状態に制御される。それにより、電流通流は、２つのコンデンサＣ１とＣ２ｂの直列回路からしか行われず、これによって電流Ｉ（実線で示されている特性曲線）は既に時点ｔ２においてゼロになる。この時点では第２の充電スイッチも再び非導通状態におかれる。この手段によって、充電時間はｔ２−ｔ０の持続時間となる。時点ｔ０において開始された充電時間の終了は、このようにして時点＜ｔ１とｔ３の間で可変である。これにより充電時間は＜１００μｓから選択された最大のここでは２００μｓまでの間で選択が可能となる。充電過程の終了時点（ｔ２）では、第１の再充電コンデンサＣ２ａ（これは完全には放電されていない）において、例えばまだ＋８０Ｖの電圧が存在し、それに対して第２の再充電コンデンサＣ２ｂにおける電圧は例えば−５０Ｖであり得る。
【００２４】
例えば時点ｔ４で開始される、アクチュエータＰの放電のもとでは（充電スイッチＴ２ａとＴ２ｂが既に非導通状態である）、放電スイッチＴ２が導通状態に制御される。それによりアクチュエータＰは再充電コイルＬを介して、ダイオードＤ２ａ、Ｄ２ｂを用いて並列接続された２つの再充電コンデンサＣ２ａ，Ｃ２ｂへ放電され、この場合まず最初に第２の再充電コンデンサＣ２ｂが、第１の再充電コンデンサＣ２ａの電圧（＋８０Ｖ）に達するまで充電され、それに続いて２つの再充電コンデンサがアクチュエータＰが放電されるまで均等に継続充電される。このようにして各放電時間はそのつどの先行する充電時間に相応する。放電時間は、選択された例（充電時間ｔ０〜ｔ２）の場合、時点ｔ６（波線の特性曲線）の代わりに既に時点ｔ５（実線の特性曲線）において終了している。
【００２５】
それぞれの選択スイッチＳまたはＳ′は、少なくとも充電時間の開始（ｔ０）から放電時間の終了（ｔ５またはｔ６）まで導通状態でなければならない。
【００２６】
図４には、本発明による第２実施例の回路が示されている。この第２実施例は図１による公知の装置と次の点で異なっている。すなわち第２の阻止ダイオードＤ２と第３の阻止ダイオードＤ３が同じ電流通流方向で直列に接続され、再充電コンデンサＣ２ａと再充電コイルＬの接続点からは、第２の再充電コンデンサＣ２ｂとさらなる充電スイッチＴ３と第４の阻止ダイオードＤ４からなる直列回路が基準電位に接続されている点で異なっている。この場合第４の阻止ダイオードＤ４のアノードは、基準電位から第２の再充電コンデンサＣ２ｂ方向に電流通流させ、第４の阻止ダイオードＤ４のカソードは、第２及び第３の阻止ダイオードＤ２，Ｄ３の接続点と接続されている。ここでもＣ１＞＞Ｃ２ａ，Ｃ２ｂである。
【００２７】
２つの再充電コンデンサＣ２ａ，Ｃ２ｂは、この実施例においてもアクチュエータＰ（ないしＰ′）の充電が２つのコンデンサＣ２ａ，Ｃ２ｂの並列回路から所望の最大充電時間、例えば２００μｓによって行われるように構成されている。
【００２８】
それに対して時点ｔ０（図５）で２つの充電スイッチＴ１，Ｔ３が同時に導通状態に制御され、これによってアクチュエータＰがコンデンサＣ１，Ｃ２ａ及びＣ２ｂから再充電コイルＬを介して充電され、正弦波形状の電流ＩがアクチュエータＰ（これは選択スイッチＳによって選択される）を通って通流開始される。
【００２９】
２つの再充電コンデンサＣ２ａ，Ｃ２ｂにおける電圧は均等に低下する。２つの充電スイッチＴ１ａ、Ｔ１ｂは、電流Ｉ（波線の特性曲線）が時点ｔ３においてゼロになるまで導通状態に維持され、それにより充電時間は、ｔ３−ｔ０＝２００μｓとなる。
【００３０】
比較的短い充電時間を得るために充電スイッチＴ１は事前に時点ｔ１において開かれる、すなわち非導通状態に制御される。それにより、電流通流は再充電コンデンサＣ２ｂから再充電コイルＬを介してアクチュエータＰまで行われ、さらにこのアクチュエータＰから選択スイッチ、阻止ダイオードＤ４およびさらなる充電スイッチＴ３を介して再充電コンデンサＣ２ｂに、いわば再充電コンデンサＣ２ｂと再充電コイルＬの放電のための “還流電流”のように、この電流が時点ｔ２においてゼロになるまで戻される（図５中の時点ｔ１〜ｔ２実線の特性曲線）。その間はさらなる充電スイッチＴ３は必ず導通状態でなければならない。
【００３１】
それにより、充電時間はｔ２−ｔ０の持続時間となる。時点ｔ０において開始された充電時間の終了は、このようにして時点＜ｔ１とｔ３の間で可変である。これにより充電時間は＜１００μｓから選択された最大のここでは２００μｓまでの間で選択が可能となる。
【００３２】
充電過程の終了時点（ｔ２）では、第１の実施例のように、第１の再充電コンデンサＣ２ａ（これは完全には放電されていない）において、例えばまだ＋８０Ｖの電圧が存在し、それに対して第２の再充電コンデンサＣ２ｂにおける電圧は例えば−５０Ｖであり得る。
【００３３】
時点ｔ４で開始される、アクチュエータＰの放電のもとでは（充電スイッチは非導通状態）、放電スイッチＴ２が導通状態に制御される。さらなる充電スイッチＴ３がこの時点おいてまだ導通状態であるならば、第１の実施例で既述したように、アクチュエータＰは再充電コイルＬを介して、ダイオードＤ２を用いて並列接続された２つの再充電コンデンサＣ２ａ，Ｃ２ｂへ放電され、この場合まず最初に第２の再充電コンデンサＣ２ｂが、第１の再充電コンデンサＣ２ａの電圧（＋８０Ｖ）に達するまで充電され、それに続いて２つの再充電コンデンサがアクチュエータＰが放電されるまで均等に継続充電される。このようにして各放電時間はそのつどの先行する充電時間に相応する。この放電時間は、選択された例（充電時間ｔ０〜ｔ２）の場合、時点ｔ６（波線の特性曲線）の代わりに既に時点ｔ５（実線の特性曲線）において終了している。
【００３４】
時点ｔ４（図５）で開始される、アクチュエータＰの放電のもとで、充電スイッチＴ１が非導通状態であるならば、放電スイッチＴ２は導通状態に制御される。その際充電スイッチＴ３は、まだアクティブに導通状態かまたはそれがＭＯＳＦＥＴであるなら、規定の反転ダイオードによって放電スイッチＴ２方向に電流通流される（図５の波線）。
【００３５】
それにより、アクチュエータＰは再充電コイルＬを介して、２つの再充電コンデンサＣ２ａ，Ｃ２ｂへ放電され、この場合もまず最初に第２の再充電コンデンサＣ２ｂが、第１の再充電コンデンサＣ２ａの電圧（＋８０Ｖ）に達するまで充電され、それに続いて２つの再充電コンデンサがアクチュエータＰが放電されるまで均等に継続充電される。このようにして各放電時間はそのつどの先行する充電時間に相応する。放電時間は、選択された例（充電時間ｔ０〜ｔ２）の場合、時点ｔ６（波線の特性曲線）の代わりに既に時点ｔ５（実線の特性曲線）において終了している。
【００３６】
それぞれの選択スイッチＳまたはＳ′は、少なくとも充電時間の開始（ｔ０）から放電時間の終了（ｔ５またはｔ６）まで導通状態でなければならない。
【００３７】
短縮された充電時間を有するこの第２の実施例では（充電スイッチＴ１はさらなる充電スイッチＴ３の前に非導通）、燃料噴射量が次のことによって最小化され得る。すなわちさらなる充電スイッチＴ３と放電スイッチＴ２が逆に作動されることである（Ｔ２が非道通状態の場合Ｔ３は導通そしてＴ３が非導通ならＴ２は導通）。これにより放電時間は直接、充電時間に追従する。Ｔ１とＴ３が時点ｔ０において同期して導通状態に制御され、時点ｔ３において非導通状態に制御されるならば、Ｔ２とＴ３の反転動作が回避できる。詳細にはＴ１とＴ３が同時に非導通状態に制御され、Ｔ２が導通状態に制御される場合には、短時間の交差によってＴ１とＴ２が導通状態に制御され、充電コンデンサＣ１と放電源Ｖが短絡される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 公知装置の基本回路図である。
【図２】本発明の第１実施例を示した図である。
【図３】図２による実施例の充放電時間のダイヤグラムである。
【図４】本発明の第２実施例を示した図である。
【図５】図４による実施例の充放電時間のダイヤグラムである。
Claims (6)
- 充電源（Ｃ１）から、再充電コンデンサ（Ｃ２ａ、Ｃ２ｂ）と再充電コイル（Ｌ）からなる直列回路を介した、容量性アクチュエータ（Ｐ、Ｐ′）、例えば内燃機関の燃料噴射弁の充電のためと、充電源（Ｃ１）よりも遙かに小さなキャパシタンスを有する再充電コンデンサ（Ｃ２ａ、Ｃ２ｂ）へのアクチュエータ（Ｐ、Ｐ′）の放電のための方法において、
再充電コンデンサ（Ｃ２ａ、Ｃ２ｂ）が所定の最大充電時間（ｔ３−ｔ０）に対して割当てられる最大キャパシタンスを有し、
比較的短い充電時間（ｔ２−ｔ０）の獲得のために、再充電コンデンサ（Ｃ２）のキャパシタンスが、充電過程開始（ｔ０）後の所定の時点（ｔ１）において所定の値まで低減されるようにしたことを特徴とする方法。 - 再充電コンデンサの最大キャパシタンスは、少なくとも２つの再充電コンデンサ（Ｃ２ａ、Ｃ２ｂ）の並列接続によって達成され、
前記再充電コンデンサ（Ｃ２ａ、Ｃ２ｂ）の少なくとも１つ（Ｃ２ａ）は、充電過程開始（ｔ０）後の所定の時点（ｔ１）において充電源（Ｃ１）から分離されるようにした請求項１記載の方法。 - 請求項１または２記載の方法を実施するための装置であって、エネルギー源（Ｖ）から充電可能な充電源（Ｃ１）とアクチュエータ（Ｐ、Ｐ′）の間に配設されている、充電スイッチ（Ｔ１ａ）、阻止ダイオード（Ｄ１ａ）、再充電コンデンサ（Ｃ２ａ）、再充電コイル（Ｌ）からなる直列回路と放電スイッチ（Ｔ２）とを有し、該放電スイッチ（Ｔ２）は、阻止ダイオード（Ｄ１ａ）と再充電コンデンサ（Ｃ２ａ）の接続点を基準電位に接続し、この場合全てのスイッチが制御回路（ＳＴ）によって制御されている形式のものにおいて、
充電スイッチ（Ｔ１ａ）、阻止ダイオード（Ｄ１ａ）、再充電コンデンサ（Ｃ２ａ）からなる直列回路に対して並列に、それぞれさらなる充電スイッチ（Ｔ１ｂ）、さらなる阻止ダイオード（Ｄ１ｂ）、さらなる再充電コンデンサ（Ｃ２ｂ）からなるさらなる直列回路が配設されており、さらに、
前記再充電コンデンサ（Ｃ２ａ、Ｃ２ｂ）の、充電スイッチ（Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ）側の各端子と放電スイッチ（Ｔ２）との間に、放電スイッチ（Ｔ２）方向に電流を通流させるダイオード（Ｄ２ａ、Ｄ２ｂ）が設けられており、
アクチュエータ（Ｐ、Ｐ′）の充電のために、２つの充電スイッチ（Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ）が制御回路（ＳＴ）によって同時に導通状態に制御され、再充電コンデンサ（Ｃ２ａ，Ｃ２ｂ）のキャパシタンスの低減のために、充電スイッチ（Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ）のうちの１つが所定の時点（ｔ１）において非導通状態に制御されることを特徴とする装置。 - 請求項１または２記載の方法を実施するための装置であって、エネルギー源（Ｖ）から充電可能な充電源（Ｃ１）とアクチュエータ（Ｐ、Ｐ′）の間に配設されている、第１の充電スイッチ（Ｔ１）、該第１の充電スイッチ（Ｔ１）から離れる方向に電流通流させる第１の阻止ダイオード（Ｄ１）、第１の再充電コンデンサ（Ｃ２ａ）、再充電コイル（Ｌ）からなる直列回路と放電スイッチ（Ｔ２）とを有し、該放電スイッチ（Ｔ２）は、第１の阻止ダイオード（Ｄ１）と第１の再充電コンデンサ（Ｃ２ａ）の接続点を、基準電位方向に電流通流させる第２の阻止ダイオード（Ｄ２）を介して基準電位に接続させ、この場合全てのスイッチが制御回路（ＳＴ）によって制御されている形式のものにおいて、
第２の阻止ダイオード（Ｄ２）と第３の阻止ダイオード（Ｄ３）が同じ電流通流方向で直列に接続されており、
第１の再充電コンデンサ（Ｃ２ａ）と再充電コイル（Ｌ）の接続点から、第２の再充電コンデンサ（Ｃ２ｂ）と、さらなる充電スイッチ（Ｔ３）と、第４の阻止ダイオード（Ｄ４）からなる直列回路が基準電位に接続されており、この場合第４の阻止ダイオード（Ｄ４）は、基準電位から第２の再充電コンデンサ（Ｃ２ｂ）方向に電流を通流するように配置されており、
第４の阻止ダイオード（Ｄ４）のカソードは、第２の阻止ダイオードと第３の阻止ダイオード（Ｄ２，Ｄ３）の接続点と接続されており、
アクチュエータ（Ｐ、Ｐ′）の充電のために、２つの充電スイッチ（Ｔ１，Ｔ３）が制御回路（ＳＴ）によって同時に導通状態に制御され、再充電コンデンサ（Ｃ２ａ，Ｃ２ｂ）のキャパシタンスの低減のために、充電スイッチ（Ｔ１，Ｔ３）のうちの１つが所定の時点（ｔ１）において非導通状態に制御されることを特徴とする装置。 - 放電スイッチ（Ｔ２）の導通状態のもとで、アクチュエータ（Ｐ，Ｐ′）の放電が一方の側では第１の再充電コンデンサ（Ｃ２ａ）を介して行われ、他方の側では第２の再充電コンデンサ（Ｃ２ｂ）と導通状態のさらなる充電スイッチ（Ｔ３）またはその反転ダイオードを介して行われる、請求項４記載の装置。
- 前記さらなる充電スイッチ（Ｔ３）は、放電スイッチ（Ｔ２）が非導通状態である場合に、該放電スイッチ（Ｔ２）とは逆の状態、すなわち導通状態に作動され、放電スイッチ（Ｔ２）が導通状態である場合にはこの放電スイッチとは逆の状態、すなわち非導通状態に作動される、請求項４記載の装置。
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