JP4644223B2 - 圧電アクチュエータを制御する方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃焼空間への燃料の送出に使用される燃料噴射器のためのアクチュエータの動作を制御するための方法に関する。詳細には、本発明は、圧電作動燃料噴射器の寿命にわたって、いくつかの異なる動作条件に対して圧電作動燃料噴射器の制御を改善することに関する。

知られている圧電駆動燃料噴射器では、圧電アクチュエータ構造が、噴射状態と非噴射状態間の噴射器の弁ニードルの移動を直接的または間接的に制御して動作可能にしている。弁ニードルは、弁ニードルシートと係合可能で、噴射器の１つまたは複数の出口開口を介した燃料の送出を制御する。圧電アクチュエータ構造は、通常、関連するキャパシタンスを有する圧電素子のスタックを備えている。知られている制御技法では、圧電スタックの両端間に印加される電圧を変化させることによってスタックのエネルギー化レベルを制御し、延いてはスタックの軸方向の長さを制御している。

スタックの両端間に第１の電圧を印加すると、スタックは、その長さが比較的長い第１の高エネルギー化レベルにエネルギー化される。スタックの両端間に第２の電圧を印加すると、スタックは、第２のより低いエネルギー化レベルにエネルギー化され、スタックの長さが短くなる（つまりスタックが変位する）。圧電スタックのエネルギー化レベルを変化させ、それによりスタックの変位を変化させることにより、噴射状態と非噴射状態の間の噴射器弁ニードルの移動を制御することができる。スタックに印加される電圧は、噴射器弁ニードルの噴射状態と非噴射状態の間のその必要な移動範囲（変位）を与える量だけスタックが変位するように選択される。

理論上、スタックは、スタックの両端間の電圧が第１の電圧から第２の電圧に変化する毎に同じ量だけ変位し、また、同様に、スタックは、電圧が第２の電圧から第１の電圧に変化して復帰する毎に元の位置へ変位して復帰する。つまり、一定の電圧変化（第１の電圧から第２の電圧への変化）により、理論上、一定のスタック変位（第１の長さから第２の長さへの変位）が得られる。しかしながら、多くの要因が電圧当たりのストローク、つまり単位電圧変化当たりのスタック変位の長さに影響するため、実際にはそうではない。

スタックが経年変化すると、スタックの総合キャパシタンスが小さくなり、その結果、スタックは、所与の電圧変化に対して、より低いエネルギー化レベルに帯電し、延いてはスタックの変位が小さくなる。この経年変化は、燃料噴射器の全寿命にわたって矛盾した燃料補給をもたらしている。

通常、噴射器の性能変化つまり性能変動の９０％は、使用開始後、最初の数時間以内に生じる。したがって、噴射器は、試験中（「ランイン期間」と呼ばれている）に多くの時間にわたって運転され、総変化の大半を通り越していることが普通である。これは、製造中には実際的ではない。また、初期変動の問題は、これによって補償されるが、噴射器の性能は、スタックの経年変化のため、残りの全寿命にわたって変動し続けることになり、したがって問題は依然として残存している。

経年変化の問題を解決するために、アクチュエータの初期変位が最大必要変位より大きくなり、かつ、引き続く数時間のアクチュエータ使用後に、依然としてこの最大必要変位を達成することができるよう、スタックを「オーバドライブ」させることは知られている。しかしながら、この解決法の欠点は、オーバドライブによってアクチュエータが損傷する可能性があり、したがってアクチュエータの寿命、延いては噴射器の寿命が犠牲になることである。この解決法のもう１つの欠点は、スタックをオーバドライブさせると、送出される燃料が増加し、したがって燃料の送出が常に矛盾する原因になることである。さらに、絶縁破壊が生じる前にアクチュエータに印加することができる最大電圧に制限があり、また、同じく駆動回路に制限があり、あるいはスタックまたはその外部電極の不活性部分の許容可能引張り応力が制限されている。そのため、新しいアクチュエータを使用して達成することができる最大変位が制限されている。

また、圧電材料は温度に敏感であり、したがって圧電材料の温度が変化すると総合キャパシタンスに影響し、延いてはスタックの電圧特性当たりのストロークに影響する。この温度対ストローク／電圧の関係は非線形であり、したがってこの変化に対処することは困難である。

さらに、異なる噴射器間の総合キャパシタンスには、部品毎に大きな変動が存在する可能性がある。したがって、個々の部品を較正することが知られているが、これは時間集約的であり、かつ、コスト集約的である。
欧州特許第１１７４６１５号 同時係属欧州特許出願第０６２５２０２２．６号

本発明の目的は、上で説明した圧電アクチュエータの変位特性の変化に関連する問題を軽減または解決し、かつ、この問題に対処するために使用される既知の技法の欠点を軽減または回避することである。

本発明の第１の態様によれば、燃料システムの燃料噴射器に使用するための圧電アクチュエータのスタックの変位を制御するための方法が提供される。この方法には、スタックに付与すべき所望量の電荷またはスタックから除去すべき所望量の電荷を決定するステップと、所望量の電荷および動作パラメータに基づいて駆動電流レベルおよび駆動時間を選択するステップと、所望量の電荷を付与し、あるいは除去するために、上記駆動時間の間、スタックを介して駆動電流を駆動するステップが含まれている。

本発明の利点は、アクチュエータの制御がその全寿命にわたって改善されることである。有利には、本発明による方法は、上で説明した従来技術によるシステムのように、スタックの寿命によるキャパシタンス変化の影響を受けることはない。もう１つの利点は、本発明による方法によって、部品毎の変動などの動作条件が変化しても、部品間のストローク／電荷の変化が、通常、部品間のストローク／電圧の変化より小さいため、スタック変位の精度に対する制御が改善されることである。他の利点は、電荷の変化が一定である場合、温度によってスタック変位が線形に変化することである。知られている従来技術による制御方法では、電圧の変化が一定である場合、温度によるスタック変位の変化は非線形である。本発明による方法に関連する線形変位は、知られている従来技術による方法に関連する非線形変化とは異なり、容易に考慮することができる。

動作パラメータは、圧電スタックの性能に影響するパラメータであることが望ましく、たとえばスタック温度であることが望ましい。また、とりわけコモンレール燃料システム内における動作のコンテキストにおいては、動作パラメータは、燃料システムのコモンレール燃料体積に含有されている燃料の圧力であってもよい。

一実施形態では、この方法には、一次開放段階／時間の間、一次開放電流レベルで決まる速度でスタックから電荷を除去するステップと、一次遮断段階／時間の間、一次遮断電流レベルで決まる速度でスタックに電荷を付与するステップが含まれている。

他の実施形態では、この方法には、一次開放段階／時間の間、一次開放電流レベルで決まる速度でスタックに電荷を付与するステップと、一次遮断段階／時間の間、一次遮断電流レベルで決まる速度でスタックから電荷を除去するステップが含まれている。

この方法には、ルックアップテーブルまたはデータマップから、一次開放電流レベル、一次遮断電流レベルおよび一次開放時間を決定するステップが含まれていることが好ましい。また、この方法は、一次開放段階の間に除去される電荷量および一次遮断電流レベルに基づいて一次遮断時間を決定するステップを含むことも可能である。

また、好ましい実施形態では、この方法には、一次開放段階／時間の前および／または後に、１つまたは複数の追加制動段階が含まれており、かつ／または一次遮断段階／時間の前および／または後に、１つまたは複数の追加制動段階が含まれている。

１つまたは複数の制動段階により、所望の揚力の達成を試行する際にアクチュエータが遭遇する応力が小さくなる利点が提供される。

この方法には、さらに、個々の追加制動段階の電流レベルおよび継続期間を決定するステップと、個々の追加制動段階に優先順位の値を割り当てるステップが含まれていることが好ましい。

通常、この方法には、１つまたは複数のルックアップテーブルおよび／またはデータマップから制動段階電流レベルおよび継続期間を決定するステップが含まれている。

この方法には、さらに、コモンレール燃料システムの少なくとも１つの動作変数およびハードウェア切換え時間に応じて、有効噴射器オン時間を決定するステップと、（ｉ）一次開放時間と（ｉｉ）追加制動段階の各継続期間の合計と、有効噴射器オン時間とを比較するステップと、有効噴射器オン時間が、（ｉ）と（ｉｉ）の合計以下である場合、追加制動段階のうちの１つまたは複数の継続期間を短くし、優先順位の値が最も小さい追加制動段階で開始するステップが含まれていることが好ましい。

好ましい実施形態では、この方法には、残りの制動時間がゼロに近くなると、制動段階電流レベルを一次開放電流レベルに向かって連続的に大きくするために、調整係数に従って制動段階電流レベルを調整するステップが含まれている。

通常、調整係数は、（ｉ）一次開放電流レベルと制動段階電流レベルの差と、（ｉｉ）残りの制動時間と所望の制動継続期間の関数のうちの少なくともいずれか一方で決まる。

この方法には、さらに、一次開放段階および少なくとも１つの制動段階を含む開放段階の間、噴射器を開放することができるよう、噴射器選択スイッチを起動するステップと、噴射器を開放するためにスタックを放電させるステップであって、一次開放段階と第１の追加制動段階の間の移行時および／または隣接する追加制動段階間の移行時に、一貫した燃料送出を保証するために、噴射器選択スイッチが一時的に非起動化されるステップが含まれていることが好ましい。

別法としては、この方法には、さらに、一次開放段階および少なくとも１つの追加制動段階からなる開放段階の間、噴射器を開放することができるよう、噴射器選択スイッチを起動するステップと、噴射器を開放するためにスタックを充電するステップであって、一次開放段階と第１の追加制動段階の間の移行時および／または隣接する追加制動段階間の移行時に、一貫した燃料送出を保証するために、噴射器選択スイッチが一時的に非起動化されるステップが含まれている。

この方法には、さらに、一次遮断段階および少なくとも１つの追加制動段階からなる遮断段階の間、噴射器を遮断することができるよう、噴射器選択スイッチを起動するステップと、噴射器を遮断するためにスタックを充電するステップであって、一次遮断段階と第１の追加制動段階の間の移行時および／または隣接する追加制動段階間の移行時に、一貫した燃料送出を保証するために、噴射器選択スイッチが一時的に非起動化されるステップが含まれていることが好ましい。

別法としては、この方法には、さらに、一次遮断段階および少なくとも１つの追加制動段階からなる遮断段階の間、噴射器を遮断することができるよう、噴射器選択スイッチを起動するステップと、噴射器を遮断するためにスタックを放電させるステップであって、一次遮断段階と第１の追加制動段階の間の移行時および／または隣接する追加制動段階間の移行時に、一貫した燃料送出を保証するために、噴射器選択スイッチが一時的に非起動化されるステップが含まれている。

本発明の他の態様によれば、燃料噴射器に使用するための圧電アクチュエータのスタックのためのコントローラが提供される。コントローラは、スタックに付与すべき所望量の電荷またはスタックから除去すべき所望量の電荷を決定するための手段と、所望量の電荷および動作パラメータに基づいて駆動電流レベルおよび駆動時間を選択するための手段と、所望量の電荷を付与し、あるいは除去するために、上記駆動時間の間、スタックを介して駆動電流を駆動するための手段とを備えている。

本発明の第１の態様による方法のすべてのステップは、本発明の第２の態様によるコントローラ内で実施することができることは理解されよう。

以下、本発明の好ましい実施形態について、単なる実施例にすぎないが、添付の図面を参照して説明する。

図１は、事実上、並列に接続された容量性圧電素子４のスタック２を備えた圧電アクチュエータ１を略図で示したものである。スタック２は、
電荷（Ｑ）＝電流（Ｉ）×時間（ｔ）
の関係に従って、所与の時間ｔの間、電流Ｉをスタック２中またはスタック２外に駆動することによって異なるエネルギー化レベルに充電される。

図２（ａ）は、遮断非噴射位置から開放噴射位置へ駆動され（つまり開放／放電段階６）、かつ、再び非噴射位置へ復帰する（つまり遮断／充電段階８）アクチュエータ１の電荷対時間の典型的なグラフを示したものである。開放段階６の間、電荷は、時間ｔ_ｏｐｅｎにわたって、第１の電荷レベルＱ１から第２の電荷レベルＱ２へ変化する。Ｑ１とＱ２の差は電荷の変化ΔＱに等しく、ΔＱは、図１に示すように比較的長い長さＬ１から比較的短い長さＬ２まで変化するスタック２の長さに対応している。スタック２の長さの変化は、噴射器弁ニードルの移動を直接制御しており、したがって燃料の送出を制御している。たとえば欧州特許第１１７４６１５号に、本発明との使用に適した噴射器が記載されている。

圧電アクチュエータ１の上記制御方法は、電荷制御方式と呼ばれている。この方法を使用して、印加／除去すべき電荷量を決定し、かつ、必要な時間の間、上記の式に従って適切な定電流をスタック２を介して駆動することによって噴射器を動作させることができる。実際には、可変電流が使用される。電流の平均値は既知であり、電流セットポイントまたはレベルと呼ぶ。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す電荷波形を得るためにスタック２を介して駆動される変化電流に対する電流対時間の典型的なグラフを示したものである（平均値／セットポイントは、破線で示されている）。

電流をこのように変化させる理由は、噴射のために選択されたインダクタおよび噴射器に蓄積されるエネルギーの一部を、「再循環段階」の間に、蓄積コンデンサに再度移動させることができるようにするためである。これについては、以下で詳細に説明する。

図３に示す回路図は、電圧源Ｖｓ、逓昇変圧器１２、第１および第２のエネルギー蓄積コンデンサＣ１およびＣ２、電流感知および制御手段１４、噴射器選択スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３に結合された噴射器のバンク１６、インダクタ１８、充電スイッチＱ１、放電スイッチＱ２およびマイクロプロセッサ２０を備えた駆動回路１０の回路図である。

電圧源Ｖ_Ｓは、逓昇変圧器１２の一次巻線に接続されている。逓昇変圧器１２の二次巻線は、３つの出力接続部２２、２４、２６を有している。第１の出力接続部２２は、第１のダイオードＤ１を介して頂部電圧レール２８に接続されている。第２の出力接続部２４は、双方向中間電流経路３０に接続されている。第３の出力接続部２６は、第２のダイオードＤ２を介して底部電圧レール３２に接続されている。

第１のエネルギー蓄積コンデンサＣ１は、頂部電圧レール２８と中間電流経路３０の間に接続されており、第２の蓄積コンデンサＣ２は、中間電流経路３０と底部電圧レール３２の間に接続されている。

電圧Ｖ_Ｓは、逓昇変圧器１２を介して、より高いセットアップ電圧Ｖ_Ｃ１まで高くなる。セットアップ電圧Ｖ_Ｃ１は、通常、２００〜３００Ｖ程度であり、第１のダイオードＤ１を介して第１のエネルギー蓄積コンデンサＣ１に印加される。また、逓昇変圧器１２は、第２のダイオードＤ２を介して、典型的には１００Ｖ程度である電圧Ｖ_Ｃ２を第２のエネルギー蓄積コンデンサＣ２に印加している。

他の電源回路も、場合によっては本発明との使用に適していることを理解されたい。

中間電流経路３０は、逓昇変圧器１２の第２の出力接続部２４と噴射器のバンク１６の間に位置している電流感知および制御手段１４を通って走っている。

噴射器のバンク１６は、並列に接続された複数の噴射器１６ａ、１６ｂ、１６ｃを備えている。噴射器１６ａ、１６ｂ、１６ｃの各々は、異なる並列分岐に接続されており、分岐の各々は、噴射器選択スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３を備えている。噴射器選択スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３の両端間には、それぞれダイオードＤ３、Ｄ４、Ｄ５が接続されている。噴射器１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、駆動回路１０から離れた位置に取り付けられており、接続部ｘおよびｙが適切な接続リード線を介して駆動回路１０に提供されている。

噴射器選択スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３の各々は、通常、バイアス供給入力に電力が供給されるゲートドライブに結合されたゲートを有する絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の形態を取っている。

噴射器１６ａ、１６ｂ、１６ｃの各負の端子は、それぞれ対応する選択スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３に接続されている。噴射器１６ａ、１６ｂ、１６ｃの正の端子は、１つにまとめて接続され、インダクタ１８に直列に結合されている。

インダクタ１８の噴射器側の中間電流経路３０と頂部電圧レール２８の間にダイオードＤ６が提供されており、また、底部電圧レール３２と同じくインダクタ１８の噴射器側の中間電流経路３０の間に、もう１つのダイオードＤ７が提供されている。ダイオードＤ６は、選択された噴射器１６ａ、１６ｂ、１６ｃに、その充電段階８の終わりに、「電圧クランピング効果」を提供しており、噴射器１６ａ、１６ｂ、１６ｃがＶ_Ｃ１より高い電圧に駆動されるのを防止している。ダイオードＤ７は、以下でさらに詳細に説明するように、放電動作段階６の間、電流に再循環経路を提供している。

充電スイッチＱ１は、インダクタ１８の噴射器側ではない方と頂部電圧レール２８の間に接続されており、充電スイッチＱ１の両端間にダイオードＤ８が並列に接続されている。同様に、放電スイッチＱ２は、底部電圧レール３２とインダクタ１８の噴射器側ではない方の間に接続されており、放電スイッチＱ２の両端間には同じくダイオードＤ９が並列に接続されている。

充電および放電スイッチＱ１、Ｑ２は、コレクタからエミッタへの電流を制御しているゲートを有するｎ−チャネルＩＧＢＴの形態を取ることができる。

電流感知および制御手段１４の出力Ｉ_Ｓは、電流感知および制御手段、噴射器選択スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、充電スイッチＱ１および放電スイッチＱ２に制御信号を提供しているマイクロプロセッサ２０の入力に供給される。放電および充電スイッチＱ２、Ｑ１に対する制御信号は、それぞれ放電イネーブル信号３４および充電イネーブル信号３６と呼ばれている。

図３に示す駆動回路は、電荷制御方式を使用して複数の噴射器１６ａ、１６ｂ、１６ｃを制御することができる方法の１つである。噴射器選択スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、充電スイッチＱ１および放電スイッチＱ２を制御することにより、スタック２が充／放電し、それに応じて燃料の送出が制御されるよう、必要な時間の間、スタック２を流れる変化電流を駆動することができる。

図２（ｂ）は、一次開放電流セットポイントＰＯ、一次開放時間ＰＯＴ、一次遮断電流セットポイントＰＣおよび一次遮断時間ＰＣＴを示したものである。

電流は、マイクロプロセッサ２０と共に電流感知および制御手段１４によって、上位閾値レベルＩ_１と下位閾値レベルＩ_２の間で変化する。電流感知および制御手段１４は、電流をモニタし、「感知した」電流Ｉ_Ｓに基づいてチョップト信号３８を生成する。これについては、以下でさらに詳細に説明する。チョップト信号３８は、論理ＡＮＤゲートを介して放電イネーブル信号３４と結合され、それによって得られる信号が放電スイッチＱ２に供給される。また、チョップト信号３８は、論理ＡＮＤゲートを介して充電イネーブル信号３６と結合され、それによって得られる信号が充電スイッチＱ１に供給される。放電スイッチＱ２が開閉して、事実上、変化する電流信号を放電段階６で生成する。充電段階８では、充電スイッチＱ１が、変化する電流の生成を制御している。図２（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）は、それぞれ電流感知および制御手段１４から出力される放電イネーブル信号３４、充電イネーブル信号３６およびチョップト信号３８を示したものである。

マイクロプロセッサのメモリの中にあるルックアップテーブルによって、一次開放電流セットポイントＰＯ、一次開放時間ＰＯＴおよび一次遮断電流セットポイントＰＣの値が生成される。これらの値は、スタック圧力、スタック温度、および要求される噴射器オン時間ＴＯＮ（燃料要求から決定され、同じく燃料レール圧力の関数である）に応じて選択される。駆動回路１０延いては燃料の送出は、機関制御モジュール（ＥＣＭ）によって制御される。ＥＣＭには、トルク、機関速度および運転温度を始めとする現行の機関運転状態に基づいて、必要な燃料補給および噴射パルスの時期を決定する戦略が組み込まれている。噴射器を開放および遮断する時期はＥＣＭによって決定されるため、本発明を理解するためには重要ではない。

一次遮断時間ＰＣＴは、開放／放電段階６の間に除去される電荷量が、上記ルックアップテーブルから引き出される一次遮断電流セットポイントＰＣに応じて、遮断／充電段階８の間に再印加されるように決定される。

放電段階６の間、一次開放電流セットポイントＰＯの値がマイクロプロセッサ２０によって対応する上位閾値レベルＩ_１に変換される。マイクロプロセッサ２０は、上位および下位の閾値レベルＩ_１、Ｉ_２の両方を生成することができるが、実際には上位閾値レベルＩ_１のみを生成し、分圧器を使用して、上位レベルＩ_１の固定比率として下位閾値レベルＩ_２を生成する方がより単純である。同様に、充電段階８の間、マイクロプロセッサ２０は、一次遮断電流セットポイントＰＣに対応する上位閾値レベルＩ_１を生成する。マイクロプロセッサ２０は、その都度、１つの上位閾値レベルＩ_１を出力する。

必要な上位閾値レベルＩ_１は、ＥＣＭ、一次開放時間ＰＯＴおよび一次遮断時間ＰＣＴに基づく噴射時期に応じて、適切な時間にマイクロプロセッサ２０から電流感知および制御手段１４へ出力される。つまり、一次開放時間ＰＯＴが継続している期間の間、一次開放電流セットポイントＰＯに対応する上位閾値レベルＩ_１がマイクロプロセッサ２０から出力され、また、決定された一次遮断時間ＰＣＴが継続している期間の間、一次遮断電流セットポイントＰＣに対応する上位閾値レベルＩ_１がマイクロプロセッサ２０から出力される。

上位および下位閾値レベルＩ_１、Ｉ_２は、生成される平均電流が、一次開放電流セットポイントＰＯおよび一次遮断電流セットポイントＰＣと合致するようになっている。適用されるのはこの電流および時間であり、それによって供給または除去される電荷量が決まるため、平均電流を参照する方がより便利であることを理解されたい。分圧器によって生成される上位閾値レベルＩ_１および下位閾値レベルＩ_２によって、電流がその間で変化する値が決まる。

特定の噴射器１６ａ、１６ｂ、１６ｃを使用して噴射するために、マイクロプロセッサ２０からの該当する信号に応じて、噴射器の選択スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３が起動される（閉じる）。たとえば、図４を参照すると、第１の噴射器１６ａを使用して噴射する必要がある場合、選択スイッチＳ１がクローズされる。バンクの他の２つの噴射器選択スイッチＳ２、Ｓ３は、それらと結合している第２および第３の噴射器１６ｂ、１６ｃは噴射には不要であるため、この時点では非起動状態を維持している。

また、放電イネーブル信号３４が論理ローから論理ハイに立ち上がる。電流感知および制御手段１４は、最初に論理ハイ信号を出力し、この論理ハイ信号とハイ放電イネーブル信号によって、放電スイッチＱ２が閉じる。コンデンサＣ２の両端間の１００Ｖ電源から、電流感知および制御手段１４および選択されたスイッチ（この例ではＳ１）を通って、選択された噴射器（この例では１６ａ）の対応する負の側へ電流が流れる。噴射器１６ａの噴射器負荷から、インダクタ１８および閉じているスイッチＱ２を通って電流Ｉ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ}が流れ、コンデンサＣ２の負の端子へ戻る。選択スイッチＳ２およびＳ３は開いた状態を維持しており、また、それらと個々に結合しているダイオードＤ４およびＤ５の方向のため、電流は、実質的に第２および第３の噴射器１６ｂ、１６ｃを通って流れることはできない。図４の実線４０は、この放電電流Ｉ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ}を示したものである。

電流感知および制御手段１４は、中間電流経路３０を流れる、電流感知および制御手段１４が蓄積する電流をモニタしており、上位閾値レベルＩ_１に到達すると、電流感知および制御手段１４からの出力が直ちに論理ハイから論理ローに切り換わり、放電スイッチＱ２が非起動化される（開く）。この時点で、インダクタ１８に蓄積したエネルギーが、充電（開放）スイッチＱ１に結合されたダイオードＤ８を介して再循環する。したがって、インダクタ１８および選択された１つの噴射器１６ａを通って流れる電流の方向は変化しない。これが、駆動回路１０の放電動作段階６の「再循環段階」である。図４の破線４２は、この再循環放電電流を示したものである。

再循環段階の間、コンデンサＣ１の両端間の２００ボルト電源の負の側から、電流感知および制御手段１４、選択されたスイッチＳ１、選択された噴射器１６ａ、インダクタ１８および最後にダイオードＤ８を通って電流が流れ、コンデンサＣ１の正の側に流入する。したがって、エネルギーを蓄積するために、再循環段階の間、インダクタ１８および選択された１つの噴射器１６ａからのエネルギーは、コンデンサＣ１に転送される。電流感知および制御手段１４は、再循環電流をモニタしており、したがって再循環電流が下位閾値レベル（つまり再循環電流閾値）Ｉ_２未満になると、電流感知および制御手段１４は、放電動作を継続するために、放電スイッチＱ２を再起動する信号を生成する。

変化する電流は、一次開放時間ＰＯＴが終了するまで、スタック２を介して駆動される。この放電段階６では、コンデンサＣ２がエネルギーを提供し、コンデンサＣ１がエネルギーを受け取って蓄積する。一次開放時間ＰＯＴの終了時に、放電スイッチＱ２および噴射器１６ａの選択スイッチＳ１が非起動化される。

電流が減少する速度はインダクタ１８のみで決まるため、放電スイッチＱ２を非起動状態にする前に、噴射器選択スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３を非起動状態にすることが望ましい。つまり、噴射器選択スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３を選択された状態に維持しておくことによって電流の減少がより遅くなり、意図するより多くの電荷がスタック２から除去される。噴射器選択スイッチの選択を最初に解除すると、電流は、はるかに速くゼロに強制され、除去される追加電荷が最少になる。放電スイッチＱ２の非起動化が、噴射器選択スイッチの非起動化と実質的に同時であるか、あるいはその直後である場合、充電スイッチＱ１に結合されているダイオードＤ８を介して第１のエネルギー蓄積コンデンサＣ１へ再循環させるために、放電段階６の終了時に、ダイオードＤ７によって、インダクタ１８に残留しているエネルギーに再循環経路が提供される。

噴射器を遮断して燃料の送出を停止するために、適切な時間に、選択された噴射器１６ａ、１６ｂ、１６ｃのスタック２を充電する。上で言及したように、噴射器を開放および遮断する時期はＥＣＭによって決定されるため、本発明を理解するためには重要ではない。

噴射器１６ａを充電する（遮断する）ために、充電イネーブル信号３６が論理ローから論理ハイに切り換わり、充電スイッチＱ１が閉じる。その前に噴射していた第１の噴射器１６ａの選択スイッチＳ１が起動され、Ｓ１が再び閉じて、充電段階８の間、変化する電流が噴射器１６ａを通って流れる。第２および第３のスイッチＳ２、Ｓ３は開いたままである。このような状況では、その前に放電した噴射器（つまり、上で説明した例で選択された噴射器１６ａ）の充電段階８開始時における電圧／電荷レベルが、選択されていない噴射器１６ｂ、１６ｃの電圧／電荷レベルよりはるかに低いため、充電段階８の間、充電電流Ｉ_{ＣＨＡＲＧＥ}の大部分が噴射器１６ａを通って流れる。その前に放電していない残りの噴射器１６ｂ、１６ｃは、対応するそれらの電荷レベルが電荷閾値Ｑ_{ＣＨＡＲＧＥ}未満に低下していない場合、電流を受け取ることになる。選択された噴射器１６ａの放電段階６の間、選択されていない噴射器１６ｂ、１６ｃのダイオードＤ４、Ｄ５を介した微小量の電流リークを回避することはできないため、これらの噴射器１６ｂ、１６ｃの各々の電荷レベルは、実際には正規の電荷レベル（Ｑ_{ＣＨＡＲＧＥ}）より若干低い。図５の実線５０は、充電電流Ｉ_{ＣＨＡＲＧＥ}の方向および経路を示したものである。

電流感知および制御手段１４は電流の蓄積をモニタしており、上位閾値レベルＩ_１（一次遮断電流セットポイントＰＣに対応している）に到達すると、電流感知および制御手段１４は、第１のスイッチＱ１を開くための制御信号を直ちに生成する。この時点で、インダクタ１８に蓄積した電流が、放電（開放）スイッチＱ２に結合されたダイオードＤ９を介して再循環する。これが、駆動回路１０の充電動作段階の再循環段階である。再循環段階の間、インダクタ１８および噴射器１６ａ、１６ｂ、１６ｃを通って流れる電流の方向は変化しない。

充電段階８の間、放電段階６における方向とは異なる方向に電流が流れ、したがって、図２に示す負の値を有する電流が描かれていることに言及しておくことは価値がある。しかしながら、実際のセットポイントおよび上位ならびに下位閾値レベルＩ_１、Ｉ_２に関しては、電流の方向（符号／極性）は重要ではない。また、放電段階６の電流閾値レベルＩ_１およびＩ_２は、充電段階８の電流閾値レベルＩ_１およびＩ_２と同じ値である必要はない。つまり、平均充電電流は、平均放電電流と同じである必要はなく、異なる速度でスタック２を充電し、かつ、放電させることができる。

図５の破線５２で示すように、再循環段階の間、コンデンサＣ２の両端間の１００ボルト電源の負の側から、ダイオードＤ９、インダクタ１８、噴射器１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、ダイオードＤ３、Ｄ４、Ｄ５および電流感知および制御手段１４を通って電流が流れ、エネルギー蓄積コンデンサＣ２の正の側へ流入する。この再循環段階の間、インダクタ１８および圧電噴射器１６ａ、１６ｂ、１６ｃからのエネルギーがエネルギー蓄積コンデンサＣ２に転送される。電流感知および制御手段１４は再循環電流をモニタしており、再循環電流が下位（再循環電流）閾値Ｉ_２未満になると、電流感知および制御手段１４は、第１のスイッチＱ１を再起動して（閉じて）、充電プロセスを継続する。

変化する電流は、予め決定済みの一次遮断時間ＰＣＴが終了するまで、スタック２を介して駆動される。この充電段階８では、エネルギー蓄積コンデンサＣ１がエネルギーを提供し、エネルギー蓄積コンデンサＣ２がエネルギーを受け取って蓄積する。一次遮断時間ＰＣＴ（充電時間）の終了時に、充電スイッチＱ１および噴射器１６ａの選択スイッチＳ１が非起動化される。

通常、放電段階６の終了時とは異なり、充電段階８の終了時に、噴射器選択スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３を最初に非起動化するか、あるいは充電スイッチＱ１を最初に非起動化するかは重要ではない。それは、一次遮断時間ＰＣＴつまり充電時間の終了時に、事実上、スタック２がその初期の頂部レール電圧Ｖ０まで充電されており、したがって最少量の電流しか流れることができないことによるものである（その容量性の性質のため、スタック２を無限に充電することは不可能である）。これは、意図する以上の電荷を供給することは不可能であることを意味しており、また、引き続く放電に先立って、スタック２が常に既知の状態まで再充電されていることを保証することを意味している。本質的に、これは、一貫したの燃料送出を保証するためである。

本発明の一部を形成していない、噴射と噴射の間のスタックの両端間の電圧を頂部レール電圧Ｖ０に維持するように動作する閉ループシステムが存在している。したがって、引き続く放電段階の開始時には、スタックは、常に既知の基準レベルにある。

スタック２は、たとえば同時係属欧州特許出願第０６２５２０２２．６号に記載されている組合せパルスモードにおける充電段階８の間に、必ずしも完全に充電されないことは当業者には理解されよう。スタック２を完全に充電しないことが望ましい場合、上で言及した理由により、充電スイッチＱ１に先立って噴射器選択スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３をターンオフすることが重要になる。

噴射器１６ａ、１６ｂ、１６ｃを充電することができる他の方法が存在していることを理解されたい。たとえば、噴射器選択スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３の両端間のダイオードＤ３、Ｄ４およびＤ５によって、充電スイッチＱ１が起動されている（閉じている）場合にのみ、スタック２をフル充電まで充電するべく電流をその方向に確実に流すことができるため、対応する噴射器選択スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３を起動することなく、噴射器１６ａ、１６ｂ、１６ｃを充電することができる。

電荷制御方式は、上で説明した従来技術によるシステムのように、スタック２の寿命によるキャパシタンス変化の影響を受けることがないため、アクチュエータ１の制御がその全寿命にわたって改善される電荷制御方式を使用して噴射器を制御することは有利である。もう１つの利点は、部品毎の変動などの動作条件が変化しても、部品間のストローク／電荷の変化が、通常、部品間のストローク／電圧の変化より小さいため、電荷制御方式によって制御が改善されることである。他の利点は、電荷の変化が一定である場合、温度によってスタック変位が線形に変化することである。しかしながら、知られている電圧制御方式では、電圧の変化が一定である場合、温度によるスタック変位の変化は非線形である。電荷制御方式に関連する線形変位は、電圧制御方式に関連する非線形変化とは異なり、容易に考慮することができる。

本発明の好ましい実施形態によれば、所望の揚力の達成を試行する際にアクチュエータ１が遭遇する応力の最小化が追求される。

圧電スタック２は、駆動信号に対する応答がオーバシュートを伴う変位であり、オーバシュートが発振して時間と共に大きさが小さくなる弱減衰システムと見なすことができる。変位のオーバシュートおよびそれに続く発振は、スタック電圧によって観察することができる。放電段階６の終了時には、スタック２は、運動量のために変位し続け、その変位は、未だ電荷の変化に対応していない。つまり、スタック上の電荷は、スタックが引き続いて短くなっている間、一定を維持する。したがって、スタック内の圧縮が増加し、圧電の性質によってスタックの両端間の電圧が大きくなる。スタックの両端間の電圧の上昇は、放電段階６の間に電圧が降下する方向とは逆方向である。つまり、スタック内の圧縮が増加することによってスタックが長くなる。この場合も、スタックは、その運動量のために、定常電圧に到達した後も長くなり続け、したがってスタックは張力下に置かれる。スタックが張力下に置かれると、そのためにスタックの両端間の電圧が再び小さくなり、逆方向にスタックが変位する。スタックの変位は、このように、最終値で安定するまで発振する。変位のオーバシュートおよびそれに続く発振は、スタック２が目標変位の達成に必要な応力を超える応力に遭遇していることを意味している。

図６は、（ａ）駆動電流、（ｂ）電圧、（ｃ）電荷、および（ｄ）噴射事象のスタック変位対時間の波形１および２を示したものである。波形１の電圧および変位グラフから、オーバシュートおよび発振を明確に見て取ることができる。

変位のオーバシュートおよび関連する発振に対処する（制動する）ために、放電（開放）段階６の終わりに向かって充電速度（平均電流レベルすなわちセットポイントに対応している）が減速される。これは、１つまたは複数の追加電気放電段階を実施することによって達成される。図６に示す例では、一次開放時間ＰＯＴおよび二次開放時間ＳＯＴに対応する２つの放電段階が存在している。放電段階の各々は、関連する電流セットポイントを有しており、この場合は、制御セットポイントと呼ばれる一次開放電流セットポイントＰＯ、および制動セットポイントと呼ばれる二次開放電流セットポイントＳＯを有している。

また、減少（または増加）初期変位速度を提供するために、噴射器開放（または遮断）の開始時に、追加電気放電／充電段階（制動段階）を追加することも可能である。放電または充電段階の開始時に追加制動段階を含む利点は、これらの追加制動段階によってスタック２の加速がさらに小さくなることである。放電／充電速度すなわち平均電流レベルは、スタック２が充電／放電する速度、つまりスタック２が長くなり、あるいは短くなる速度と見なすことができる。充電／放電段階８、６の開始時および終了時における、大きさが主充電／放電段階における大きさより小さい追加制動段階によって、スタック２が長く／短くなる加速／減速がさらに小さくなるのを助長する。そのため、スタック２にかかる応力が小さくなる。

理論的には、異なる電荷レベルの数に制限はない。事実、圧電駆動スタック２を駆動するための優先的な方法は、正弦波を使用した方法であり、したがって多くの異なる電荷レベルを使用して、最適性能のための正弦波を模擬することができる。

また、図６に示すように、２つの電荷レベルすなわちセットポイント（制御セットポイントおよび制動セットポイント）を使用するだけで、著しい改善が見て取れる。波形１の電圧グラフに存在しているオーバシュートは、波形２には存在していない。また、波形２の変位グラフは、波形１の変位グラフよりはるかに滑らかである。

図６に示す例では、制御段階６０の間、制御セットポイントが適用され（一次段階の間に開放／遮断制御のほとんどが生じるため）、また、制動段階６２の間、制動セットポイントが適用されている。３つ以上の電荷レベル／セットポイントが存在している場合、必要な充電段階の数に対して、第１の充電段階は制御段階と呼ばれ、後続する充電段階は、第１の制動段階、第２の制動段階等と呼ばれている。

制動セットポイント（二次開放電流セットポイントＳＯ）は、上で詳細に説明した制御セットポイント（一次開放電流セットポイントＰＯ）とほとんど同じ方法で引き出され、たとえば、ルックアップテーブルによって、スタック圧力およびスタック温度に応じて、二次開放電流セットポイントＳＯおよび関連する二次開放時間ＳＯＴの追加値がもたらされる。

通常、二次開放電流セットポイントＳＯおよび二次開放時間ＳＯＴは、ルックアップテーブルにその値が記憶されていることにより一次開放電流セットポイントＰＯおよび一次開放時間ＰＯＴとは、その点で事実上無関係である。二次開放電流セットポイントＳＯおよび二次開放時間ＳＯＴの設定方法については、当業者には理解されよう。

上で説明したように、マイクロプロセッサ２０は、一次開放時間ＰＯＴに対する一次開放上位閾値レベルＩ_１を出力している。マイクロプロセッサ２０は、一次開放時間ＰＯＴが終了した時点で、二次開放時間ＳＯＴの継続期間に対する二次開放上位閾値レベルＩ_１を出力する。マイクロプロセッサ２０は、所望量の放電を達成するために、必要な放電レベルの数に対して、適切な上位閾値レベルを出力し続ける。必要な放電（または充電）レベルの数は、ＥＣＭ制御戦略によって決定される。

上で説明した方法は、噴射オン時間ＴＯＮが制御段階６０および任意の追加制動段階６２ならびに１つの状態から他の状態に切り換わるハードウェアの最短（待機）時間であるドウェル時間ｔ_{ｄｗｅｌｌ}を組み合わせた継続期間より長い条件で動作する。

上で説明したように、噴射オン時間ＴＯＮは、燃料要求から決定され、同じく燃料レール圧力の関数である。燃料要求は、機関の全運転範囲にわたる連続変数であるため、図７に示すように、噴射オン時間ＴＯＮも同じく機関の全運転範囲にわたる連続変数である。したがって、燃料の送出が微量である場合、噴射オン時間ＴＯＮが制御段階６０および１つまたは複数の制動段階６２の完了に必要な時間より短くなることがあり得る。

したがって、制御段階６０は、他のあらゆる制動段階６２より優先順位が高くなっている。噴射パルスのオン時間ＴＯＮが短くなると、制御段階６０におけるあらゆるリダクションの発生に先立って、１つまたは複数の制動段階６２の長さが最短化される。制動段階６２の各々には、優先順位が割り当てられており、制動段階は、優先順位がより高い段階の前に、優先順位がより低い段階が短くなるように最小化される。制御段階６０の直ぐ後の制動段階６２には、最も高い優先順位が与えられる。

図７は、異なる継続期間の多数の噴射パルスオン時間ＴＯＮ、およびそれらに関連する電荷波形を示したものである。継続期間がより長いパルス７０の場合、制御段階６０および制動段階６２の両方に対して十分な時間が存在している。しかしながら、オン時間ＴＯＮの継続期間が短くなると、制動段階を短縮する要求が存在している。図７の点線７２は、制動時間を短くしなければならないオン時間ＴＯＮの例を示したものである。

スイッチが１つの状態から他の状態に切り換わるための有限時間が存在しているため、図７には、同じく、放電段階６の終わりと後続する充電段階８の開始の間のドウェル時間ｔ_{ｄｗｅｌｌ}の要求が示されている。

制動時間６２を短くしなければならない場合、制動時間６２は、オン時間ＴＯＮ−制御時間ＰＯＴ−ドウェル時間ｔ_{ｄｗｅｌｌ}に等しく設定される。つまり、制御時間ＰＯＴは調整されず、また、制動時間は、制御時間ＰＯＴおよびドウェル時間ｔ_{ｄｗｅｌｌ}が経過した後に、残りのオン時間ＴＯＮに等しく設定される。

オン時間ＴＯＮが所望の制御時間（一次開放時間ＰＯＴ）より短い場合、制御時間は、オン時間ＴＯＮ−ドウェル時間ｔ_{ｄｗｅｌｌ}に等しく設定され、制動時間は存在しない。

図８は、制御段階および制動段階の時期を決定する制御ステップの流れ図を示したものである。第１のステップ８１で、一次開放電流セットポイントＰＯおよび二次開放電流セットポイントＳＯの電流レベルが、それらに関連する一次開放時間（制御時間）ＰＯＴおよび二次開放時間（制動時間）ＳＯＴと共に決定される。

第２のステップ８２で、一次開放時間ＰＯＴと二次開放時間ＳＯＴの合計が、オン時間ＴＯＮ−ドウェル時間ｔ_{ｄｗｅｌｌ}（有効オン時間ＴＯＮ’と呼ばれ、ドウェル時間が考慮されていることを示している）と比較される。ＴＯＮ’が一次開放時間と二次開放時間の合計以上である場合、制御は第３のステップ８３に進み、制御時間６０がルックアップテーブルによって決定される一次開放時間ＰＯＴに等しく設定され、また、制動時間６２が同じくルックアップテーブルによって決定される二次開放時間ＳＯＴに等しく設定される。

ＴＯＮ’が一次開放時間と二次開放時間の合計未満である場合、制御は第４のステップ８４に進み、ＴＯＮ’が一次開放時間ＰＯＴとのみ比較される。ＴＯＮ’が一次開放時間ＰＯＴ以上である場合、制御は第５のステップ８５に進み、制御時間６０が一次開放時間ＰＯＴに等しく設定され、また、制動時間６２が、オン時間ＴＯＮ’−一次開放時間ＰＯＴに等しく設定される。つまり、制動時間６２は、制御時間／一次開放時間ＰＯＴおよびドウェル時間ｔ_{ｄｗｅｌｌ}が経過した後のオン時間ＴＯＮ’の残りの時間の量に等しく設定される。

ＴＯＮ’が一次開放時間ＰＯＴ以下である場合、制御は第６のステップ８６に進み、制御時間６０がすべての有効オン時間ＴＯＮ’に等しく設定され、また、制動段階を含めるための十分な時間がないため、制動時間６２がゼロに設定される。

本発明によれば、優先的な実施形態では、利用可能な制動時間が短い場合、以下で説明するように、一次開放電流セットポイントＰＯ（制御速度）と二次開放電流セットポイントＳＯ（制動速度）が「ブレンド」される。制御が、図８に示す第５のステップ８５に進むと、次の式に基づいて制御速度が調整される。

被調整制動速度９２＝二次開放電流セットポイント（ＳＯ）＋（Δ速度^＊スケール）
上式で、
Δ速度＝一次開放電流セットポイント（ＰＯ）−二次開放電流セットポイント（ＳＯ）であり、
スケール＝ｆ（制動時間有効（ＴＯＮ−ＰＯＴ）／二次開放時間（ＳＯＴ））
である。

たとえば、利用可能な制動時間６２が極めて短い場合、制動速度は、制御速度ＰＯに近い値に調整され、また、制動時間６２が十分に長い場合、制動速度は、最初に要求される制動速度ＳＯに近い値に調整される。特定の長さの制動時間では、被調整制動速度９２は、最初に要求される制動速度ＳＯに等しい。上の式から、これは、二次開放時間で割った有効制動時間の関数であるスケールがゼロに等しい場合に生じる。

図９は、制動時間６２がゼロに減少する際の被調整制動速度９２の例を示したものである。図９には、電流セットポイントＰＯ、ＳＯ、ＰＣおよびＳＣを使用して被調整制動速度９２が示されている。しかしながら、実際の電流は、上で説明したように、これらのセットポイントの付近で変化する。制動速度９２が調整されると、マイクロプロセッサ２０は、新しい調整済み制動速度９２に対応する調整済み上位閾値Ｉ_１を出力する。

本発明の他の好ましい実施形態では、複数の電荷レベルＰＯ、ＳＯ、ＰＣ、ＳＣを使用する場合の電荷送出の変化が除去されるように試行され、かつ、電流レベルが変化している間の、極めて多数の動作条件に対する充電制御精度が改善されるように試行される。異なる動作条件には、部品間の変動に起因する、あるいは異なる条件、つまり低温／高温噴射器によって駆動回路の電気負荷が変動することに起因する若干異なるインダクタンスを有する様々な駆動回路が含まれていてもよい。

これらの異なる動作条件のため、複数の電流レベルを使用する場合、一定の一次開放時間ＰＯＴに対して電荷の送出が変化することがある。図１０ａおよび１０ｂは、電流レベルが変化する際の変化電流の値に応じて、この電荷送出の変化を強調したものである。図１０ａに示すように、一次開放時間ＰＯＴの終了時に、電流セットポイントレベルが一次開放電流セットポイントＰＯから二次開放電流セットポイントＳＯに変化する。ポイントＡにおける変化電流は、二次開放電流セットポイントＳＯより若干大きくなっている。これは、スタック２へ転送される／スタック２から除去される電荷１００の第１の追加量に対応している。図１０ｂに示す事例では、ポイントＢにおける変化電流の値は、二次開放電流セットポイントＳＯよりはるかに大きく、したがってはるかに大量の第２の追加量の電荷１０２が、スタック２へ転送され／スタック２から除去される。したがって充電制御に矛盾が存在し、延いては燃料補給に矛盾が生じることになる。

上記の問題に対処するために、一次開放時間ＰＯＴの終了時に、噴射器選択スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３が一時的にスイッチオフされる。通常、噴射器選択スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、約２０μｓの間、非起動化される。図１０ｃに示すように、噴射器選択スイッチが非起動化されると、電流はゼロに強制される。噴射器選択スイッチが再起動されると、上位閾値に到達するまで電流が大きくなり、上で説明したように動作が継続する。その結果、スタック２に供給される／スタック２から除去される追加電荷１０４が最少になる。

以上、本発明について、デ・エナジャイズ・ツー・インジェクト（ｄｅ−ｅｎｅｒｇｉｓｅ−ｔｏ−ｉｎｊｅｃｔ）噴射器に関連して説明したが、本発明は、エナジャイズ・ツー・インジェクト（ｅｎｅｒｇｉｓｅ−ｔｏ−ｉｎｊｅｃｔ）噴射器を使用して実施することも可能であることを理解されたい。

圧電素子のスタックを備えた圧電アクチュエータの略図である。 圧電駆動燃料噴射器の開放段階および遮断段階の（ａ）電荷対時間、（ｂ）電流対時間、（ｃ）放電イネーブル信号、（ｄ）充電イネーブル信号、および（ｅ）チョップ電流制御信号の理想グラフである。 本発明による駆動回路の回路図である。 放電段階における回路周辺の電流経路を示す図である。 充電段階における回路周辺の電流経路を示す図である。 （ａ）駆動電流、（ｂ）電圧、（ｃ）電荷、および（ｄ）噴射事象の変位対時間の波形を示すグラフである。 本発明が２つの電荷レベルで動作する、（ａ）異なる「噴射器オン時間」の長さ、および（ｂ）対応する電荷を示すグラフである。 有効噴射器オン時間から制御および制動時間を決定するステップの流れ図である。 制動時間がゼロに近くなった場合の多数の調整制動速度を示すグラフである。 ２つの電流セットポイントを有する電流波形および関連する追加電荷量を示すグラフである。 追加電荷量が図１０ａに示す追加電荷量より多い、図１０ａに示す電流波形と同様の電流波形を示すグラフである。 追加電荷量が少ない、本発明の好ましい実施形態による電流波形を示すグラフである。

符号の説明

１ 圧電アクチュエータ
２ 圧電素子のスタック
４ 容量性圧電素子
６ 開放／放電段階
８ 遮断／充電段階
１０ 駆動回路
１２ 逓昇変圧器
１４ 電流感知および制御手段
１６ 噴射器の層
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ 噴射器
１８ インダクタ
２０ マイクロプロセッサ
２２、２４、２６ 逓昇変圧器の二次巻の出力接続部
２８ 頂部電圧レール
３０ 双方向中間電流経路
３２ 底部電圧レール
３４ 放電イネーブル信号
３６ 充電イネーブル信号
３８ チョップト信号
４０、Ｉ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ} 放電電流
４２ 再循環放電電流
５０ 充電電流の方向および経路
７２ 制動時間を短くしなければならないオン時間ＴＯＮの例
９２ 被調整制動速度
１００、１０２ スタックへ転送される／スタックから除去される電荷
１０４ スタックに印加される／スタックから除去される追加電荷
Ｉ_１ 上位閾値レベル
Ｉ_２ 下位閾値レベル
Ｉ_{ＣＨＡＲＧＥ} 充電電流
Ｉ_Ｓ 電流感知および制御手段の出力
Ｌ１ スタックの比較的長い長さ
Ｌ２ スタックの比較的短い長さ
ＰＣ 一次遮断電流セットポイント
ＰＣＴ 一次遮断時間
ＰＯ 一次開放電流セットポイント
ＰＯＴ 一次開放時間（制御時間）
ΔＱ 所望量の電荷
ＳＯＴ 二次開放時間
ｔ_{ｄｗｅｌｌ} ドウェル時間
ｔ_ｏｐｅｎ、ｔ_{ｃｌｏｓｅ} 駆動時間
Ｖ_Ｃ１ セットアップ電圧
Ｖｓ 電圧源

Claims (14)

1. スタック（２）に付与すべき所望量の電荷（ΔＱ）または前記スタック（２）から除去すべき所望量の電荷（ΔＱ）を決定するステップと、
   前記所望量の電荷（ΔＱ）と、スタック温度およびレール圧力のうちの少なくともひとつに基づいて駆動電流レベル（ＰＯ、ＳＯ）および駆動時間（ｔ_ｏｐｅｎ、ｔ_{ｃｌｏｓｅ}）を選択するステップと、
   前記所望量の電荷（ΔＱ）を付与し、あるいは除去するために、前記駆動時間（ｔ_ｏｐｅｎ、ｔ_{ｃｌｏｓｅ}）の間、前記スタック（２）を介して前記駆動電流（ＰＯ、ＳＯ）を駆動するステップと、
   一次開放段階／時間（６、ＰＯＴ）の間、一次開放電流レベル（ＰＯ）で決まる速度で前記スタック（２）から電荷を除去するステップと、一次遮断段階／時間（８、ＰＣＴ）の間、一次遮断電流レベル（ＰＣ）で決まる速度で前記スタックに電荷を付与するステップと、
   前記一次開放段階／時間（ＰＯＴ）の前および／または後に、１つまたは複数の追加制動段階（６２）と、
   前記個々の追加制動段階（６２）の電流レベルおよび継続期間を決定するステップと、前記１つまたは個々の追加制動段階（６２）に優先順位の値を割り当てるステップと、
   前記燃料システムの少なくとも１つの動作変数およびハードウェア切換え時間（ｔ_{ｄｗｅｌｌ}）に応じて、有効噴射器オン時間（ＴＯＮ’）を決定するステップと、
   （ｉ）前記一次開放時間（ＰＯＴ）と（ｉｉ）前記追加制動段階（６２）の各々の前記継続期間の合計と、前記有効噴射器オン時間（ＴＯＮ’）とを比較するステップと、
   前記有効噴射器オン時間（ＴＯＮ’）が、（ｉ）と（ｉｉ）の合計以下である場合、前記追加制動段階のうちの１つまたは複数の前記継続期間を短くし、優先順位の値が最も小さい制動段階で開始するステップと、
   を含む燃料システムの燃料噴射器に使用するための圧電アクチュエータ（１）のスタック（２）の変位を制御するための方法。
2. スタック（２）に付与すべき所望量の電荷（ΔＱ）または前記スタック（２）から除去すべき所望量の電荷（ΔＱ）を決定するステップと、
   前記所望量の電荷（ΔＱ）と、スタック温度およびレール圧力のうちの少なくともひとつに基づいて駆動電流レベル（ＰＯ、ＳＯ）および駆動時間（ｔ_ｏｐｅｎ、ｔ_{ｃｌｏｓｅ}）を選択するステップと、
   前記所望量の電荷（ΔＱ）を付与し、あるいは除去するために、前記駆動時間（ｔ_ｏｐｅｎ、ｔ_{ｃｌｏｓｅ}）の間、前記スタック（２）を介して前記駆動電流（ＰＯ、ＳＯ）を駆動するステップと、
   一次開放段階／時間（６、ＰＯＴ）の間、一次開放電流レベル（ＰＯ）で決まる速度で前記スタック（２）に電荷を付与するステップと、一次遮断段階／時間（８、ＰＣＴ）の間、一次遮断電流レベル（ＰＣ）で決まる速度で前記スタックから電荷を除去するステップと、
   前記一次開放段階／時間（ＰＯＴ）の前および／または後に、１つまたは複数の追加制動段階（６２）と、
   前記個々の追加制動段階（６２）の電流レベルおよび継続期間を決定するステップと、前記１つまたは個々の追加制動段階（６２）に優先順位の値を割り当てるステップと、
   前記燃料システムの少なくとも１つの動作変数およびハードウェア切換え時間（ｔ_{ｄｗｅｌｌ}）に応じて、有効噴射器オン時間（ＴＯＮ’）を決定するステップと、
   （ｉ）前記一次開放時間（ＰＯＴ）と（ｉｉ）前記追加制動段階（６２）の各々の前記継続期間の合計と、前記有効噴射器オン時間（ＴＯＮ’）とを比較するステップと、
   前記有効噴射器オン時間（ＴＯＮ’）が、（ｉ）と（ｉｉ）の合計以下である場合、前記追加制動段階のうちの１つまたは複数の前記継続期間を短くし、優先順位の値が最も小さい制動段階で開始するステップと、
   を含む燃料システムの燃料噴射器に使用するための圧電アクチュエータ（１）のスタック（２）の変位を制御するための方法。
3. スタック（２）に付与すべき所望量の電荷（ΔＱ）または前記スタック（２）から除去すべき所望量の電荷（ΔＱ）を決定するステップと、
   前記所望量の電荷（ΔＱ）と、スタック温度およびレール圧力のうちの少なくともひとつに基づいて駆動電流レベル（ＰＯ、ＳＯ）および駆動時間（ｔ_ｏｐｅｎ、ｔ_{ｃｌｏｓｅ}）を選択するステップと、
   前記所望量の電荷（ΔＱ）を付与し、あるいは除去するために、前記駆動時間（ｔ_ｏｐｅｎ、ｔ_{ｃｌｏｓｅ}）の間、前記スタック（２）を介して前記駆動電流（ＰＯ、ＳＯ）を駆動するステップと、
   一次開放段階／時間（６、ＰＯＴ）の間、一次開放電流レベル（ＰＯ）で決まる速度で前記スタック（２）から電荷を除去するステップと、一次遮断段階／時間（８、ＰＣＴ）の間、一次遮断電流レベル（ＰＣ）で決まる速度で前記スタックに電荷を付与するステップと、
   前記一次遮断段階／時間（ＰＣＴ）の前および／または後に、１つまたは複数の追加制動段階（６２）と、
   前記個々の追加制動段階（６２）の電流レベルおよび継続期間を決定するステップと、前記１つまたは個々の追加制動段階（６２）に優先順位の値を割り当てるステップと、
   前記燃料システムの少なくとも１つの動作変数およびハードウェア切換え時間（ｔ_{ｄｗｅｌｌ}）に応じて、有効噴射器オン時間（ＴＯＮ’）を決定するステップと、
   （ｉ）前記一次開放時間（ＰＯＴ）と（ｉｉ）前記追加制動段階（６２）の各々の前記継続期間の合計と、前記有効噴射器オン時間（ＴＯＮ’）とを比較するステップと、
   前記有効噴射器オン時間（ＴＯＮ’）が、（ｉ）と（ｉｉ）の合計以下である場合、前記追加制動段階のうちの１つまたは複数の前記継続期間を短くし、優先順位の値が最も小さい制動段階で開始するステップと、
   を含む燃料システムの燃料噴射器に使用するための圧電アクチュエータ（１）のスタック（２）の変位を制御するための方法。
4. スタック（２）に付与すべき所望量の電荷（ΔＱ）または前記スタック（２）から除去すべき所望量の電荷（ΔＱ）を決定するステップと、
   前記所望量の電荷（ΔＱ）と、スタック温度およびレール圧力のうちの少なくともひとつに基づいて駆動電流レベル（ＰＯ、ＳＯ）および駆動時間（ｔ_ｏｐｅｎ、ｔ_{ｃｌｏｓｅ}）を選択するステップと、
   前記所望量の電荷（ΔＱ）を付与し、あるいは除去するために、前記駆動時間（ｔ_ｏｐｅｎ、ｔ_{ｃｌｏｓｅ}）の間、前記スタック（２）を介して前記駆動電流（ＰＯ、ＳＯ）を駆動するステップと、
   一次開放段階／時間（６、ＰＯＴ）の間、一次開放電流レベル（ＰＯ）で決まる速度で前記スタック（２）に電荷を付与するステップと、一次遮断段階／時間（８、ＰＣＴ）の間、一次遮断電流レベル（ＰＣ）で決まる速度で前記スタックから電荷を除去するステップと、
   前記一次遮断段階／時間（ＰＣＴ）の前および／または後に、１つまたは複数の追加制動段階（６２）と、
   前記個々の追加制動段階（６２）の電流レベルおよび継続期間を決定するステップと、前記１つまたは個々の追加制動段階（６２）に優先順位の値を割り当てるステップと、
   前記燃料システムの少なくとも１つの動作変数およびハードウェア切換え時間（ｔ_{ｄｗｅｌｌ}）に応じて、有効噴射器オン時間（ＴＯＮ’）を決定するステップと、
   （ｉ）前記一次開放時間（ＰＯＴ）と（ｉｉ）前記追加制動段階（６２）の各々の前記継続期間の合計と、前記有効噴射器オン時間（ＴＯＮ’）とを比較するステップと、
   前記有効噴射器オン時間（ＴＯＮ’）が、（ｉ）と（ｉｉ）の合計以下である場合、前記追加制動段階のうちの１つまたは複数の前記継続期間を短くし、優先順位の値が最も小さい制動段階で開始するステップと、
   を含む燃料システムの燃料噴射器に使用するための圧電アクチュエータ（１）のスタック（２）の変位を制御するための方法。
5. １つまたは複数のルックアップテーブルおよび／またはデータマップから、前記一次開放電流レベル（ＰＯ）、前記一次遮断電流レベル（ＰＣ）および前記一次開放時間（ＰＯＴ）を決定するステップを含む、請求項１または請求項３に記載の方法。
6. 前記一次開放段階（ＰＯＴ）の間に付与または除去される電荷量および前記一次遮断電流レベル（ＰＣ）に基づいて前記一次遮断時間（ＰＣＴ）を決定するステップを含む、請求項１または請求項３に記載の方法。
7. １つまたは複数のルックアップテーブルおよび／またはデータマップから、前記１つまたは個々の制動段階電流レベルおよび継続期間を決定するステップを含む、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
8. 前記一次開放段階（ＰＯＴ）および前記追加制動段階のうちの少なくとも１つを含む開放段階（６）の間、噴射器（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）を開放することができるよう、噴射器選択スイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）起動するステップと、
   前記噴射器（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）を開放するために前記スタック（２）を充電し、前記一次開放段階（ＰＯＴ）と第１の追加制動段階の間の移行時および／または隣接する追加制動段階間の移行時に、前記噴射器選択スイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）が一時的に非起動化されるステップと
   をさらに含む、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
9. 前記一次開放段階（ＰＯＴ）および前記追加制動段階のうちの少なくとも１つからなる開放段階（６）の間、噴射器（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）を開放することができるよう、噴射器選択スイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を起動するステップと、
   前記噴射器（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）を開放するために前記スタック（２）を放電させ、前記一次開放段階（ＰＯＴ）と第１の追加制動段階の間の移行時および／または隣接する追加制動段階間の移行時に、前記噴射器選択スイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）が一時的に非起動化されるステップと
   をさらに含む、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
10. 前記一次遮断段階（ＰＣＴ）および前記追加制動段階のうちの少なくとも１つからなる遮断段階（８）の間、噴射器（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）を遮断することができるよう、噴射器選択スイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を起動するステップと、
    前記噴射器（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）を遮断するために前記スタック（２）を充電し、前記一次遮断段階（ＰＣＴ）と第１の追加制動段階の間の移行時および／または隣接する追加制動段階間の移行時に、前記噴射器選択スイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）が一時的に非起動化されるステップと
    をさらに含む、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
11. 前記一次遮断段階（ＰＣＴ）および前記追加制動段階のうちの少なくとも１つからなる遮断段階（８）の間、噴射器（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）を遮断することができるよう、噴射器選択スイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を起動するステップと、
    前記噴射器（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）を遮断するために前記スタック（２）を放電させ、前記一次遮断段階（ＰＣＴ）と第１の追加制動段階の間の移行時および／または隣接する追加制動段階間の移行時に、前記噴射器選択スイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）が一時的に非起動化されるステップと、
    をさらに含む、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
12. 実行環境で実行されると、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法を実施するべく動作することができる少なくとも１つのコンピュータプログラムソフトウェア部分を備えるコンピュータプログラム製品。
13. 請求項１２に記載の前記少なくとも１つまたは個々のコンピュータソフトウェア部分を記憶するデータ記憶媒体。
14. 請求項１３に記載の前記データ記憶媒体を備えるマイクロコンピュータ。

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