JP4659043B2 - とりわけ自動車の燃料噴射装置の圧電素子を駆動制御するための電気回路 - Google Patents

Description

従来技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載の、とりわけ自動車の燃料噴射装置の圧電素子を駆動制御するための電気回路に関する。本発明はまた、とりわけ自動車の燃料噴射装置用である圧電素子を駆動制御する相応の方法と、相応のコンピュータプログラムと、相応の電気的な記憶媒体と、相応の制御装置にも関する。

請求項１の上位概念に記載の電気回路は、ＥＰ１１３９４２２Ａ１から公知になっている。ここでは、圧電素子とトランジスタとから成る複数の直列回路が相互に並列接続されている。この並列に接続された回路に対して直列に第１の測定抵抗が接続され、これはアースに接続されている。他方の側では、この並列回路はチョークコイルを介して、アースに直列接続された２つのトランジスタの共通の接続点に接続されている。両トランジスタに対して、コンデンサと第２の測定抵抗とから成る直列回路が接続されており、これはアースに接続されている。

上記の両トランジスタのうち一方は、圧電素子の放電のために設けられている。このためには、該トランジスタはクロック制御される。

欠陥時には、場合によっては充電されている圧電素子の放電を迅速に行えるようにしなければならない。この場合のために、ＥＰ１１３９４４２Ａ１では付加的ないわゆるストップスイッチが設けられている。このストップスイッチは、付加的なトランジスタおよび所属の抵抗であり、これらを介して圧電素子は欠陥時にクロック制御されずに放電することができる。その際に場合によっては電流が流れるので、このストップスイッチを実現するために必要な手間が大きくなる。

本発明の課題および利点
本発明の課題は、欠陥時に大きな手間を必要とせずに圧電素子の放電が迅速に行われるのが保証される、圧電素子を駆動制御するための電気回路を提供することである。

この課題は冒頭に述べた形式の電気回路において、本発明では請求項１の特徴部分に記載された構成によって解決される。前記課題はまた、請求項７記載の方法によっても解決される。

本発明では欠陥時に、放電のために設けられたトランジスタが既存のクロックによって制御される。このことにより、圧電素子の放電時に流れる放電電流を、手間が大きくなることなく制御し、ひいては調整できるようになる。この放電は、放電のために設けられた既存のトランジスタを介して行うことができる。それゆえ、欠陥時の圧電素子の放電のために特別な手間、とりわけ付加的なトランジスタは必要でなくなる。

このようにして、本発明では欠陥時に、特別な手間を必要とすることなく、圧電素子の放電を迅速かつ確実に行うことができる。

特に有利なのは、放電時に流れる放電電流を開ループ制御および／または閉ループ制御することである。ここでは、放電時に流れる放電電流がとりわけ、両トランジスタに直列接続された測定抵抗によって検出されるように構成するのが目的に適っている。このような測定抵抗の代わりに、別の電流測定手段を設けることもでき、たとえば誘導的な電流測定手段を設けることもできる。

本発明の実施例
図面の各図に示された本発明の実施例に関する以下の説明から、本発明の別の特徴、実施態様および利点を理解できる。ここに記載または図示された特徴はすべて、それ自体でも任意の組み合わせでも、請求項または請求項の引用関係にまとめられた該特徴の概要に関係なく、かつ、明細書ないしは図面における該特徴の記載表現ないしは図示表現に関係なく、本発明の対象である。

図１ とりわけ自動車の燃料噴射装置の圧電素子を駆動制御するための電気回路の概略的なブロック回路図である。

図２ａおよび２ｂ 電流の流れが図示された図１の回路を示す。

図３ａおよび３ｂ 図２ａおよび２ｂの回路に流れる電流のタイムチャートを概略的に示す。

図４および５ 図１の回路の駆動制御信号および電圧のタイムチャートを概略的に示す。

図１に、４つの圧電素子１１，１２，１３，１４を有する電気回路１０が示されている。もちろん、別の数の圧電素子を設けられることは自明である。圧電素子１１，１２，１３，１４はとりわけ、燃料を噴射するための自動車燃料噴射装置で使用される。

圧電素子１１，１２，１３，１４に対してそれぞれ、抵抗１５が並列接続されている。さらに、圧電素子１１，１２，１３，１４に対してそれぞれ、トランジスタ１６，１７，１８，１９が直列接続されている。各トランジスタ１６，１７，１８，１９には、フライホイールダイオード２０が並列接続されている。

これら４つの圧電素子１１，１２，１３，１４は、相互に並列接続されている。したがって、前記圧電素子１１，１２，１３，１４に直列接続された４つのトランジスタ１６，１７，１８，１９も相互に並列接続されている。これらのトランジスタ１６，１７，１８，１９側において、前記のような並列回路は第１の測定抵抗２４に接続されており、該第１の測定抵抗２４はアース接続されている。

第１の測定抵抗２４は電流測定に使用される。もちろん、この測定抵抗２４の代わりに別の電流測定手段を使用することもでき、たとえば誘導的な電流測定手段を使用することもできる。

他方の側、すなわち圧電素子１１，１２，１３，１４側では、並列回路はコイル２５と保全用フライホイールダイオード２６の陽極とに接続されている。前記保全用フライホイール２６の陰極は、２つのトランジスタ２７，２８と第２の測定抵抗２９とから成る直列回路を介してアース接続されている。

第２の測定抵抗２９は電流測定に使用される。もちろん、この測定抵抗２９の代わりに別の電流測定手段を使用することもでき、たとえば誘導的な電流測定手段を使用することもできる。

両トランジスタ２７，２８にはそれぞれ、フライホイールダイオード３０が並列接続されている。両トランジスタ２７，２８の共通の接続点はコイル２５に接続されている。

ここまでで説明した回路１０は、アースに設けられたバッテリー３４によってエネルギー供給される。バッテリー３４に対して平滑コンデンサ３５が並列接続されており、この平滑コンデンサ３５はアース接続されている。バッテリー３４の正端子は直流電圧変換器３６に接続されており、この直流電圧変換器３６は、アース接続されたトランジスタ３７によって制御される。直流電圧変換器３６のバッテリー３４と反対側はダイオード３８の陽極に接続されており、ダイオード３８の陰極は保全用フライホイールダイオード２６の陰極に接続されている。

両ダイオード２６，３８のこの共通の接続点にコンデンサ３９が接続されており、このコンデンサ３９はさらに、第２の測定抵抗２９にも接続されている。さらにこの共通の接続点には、アース接続された分圧器４０が接続されている。別の分圧器４１が、保全用フライホイールダイオード２６の陽極によってアース接続されている。

圧電素子１１，１２，１３，１４に所属するトランジスタ１６，１７，１８，１９、２つのトランジスタ２７，２８、ならびに直流電圧変換器３６に所属するトランジスタ３７は、いわゆるＡＳＩＣ４５（ＡＳＩＣ＝application specific integrated circuit）に接続されており、このＡＳＩＣ４５によって制御される。２つの測定抵抗２４，２９および２つの分圧器４０，４１も前記ＡＳＩＣ４５に接続されており、電流ないしは電圧をＡＳＩＣ４５に供給する。

したがって、電気回路１０はＡＳＩＣ４５によって制御される。ＡＳＩＣ４５の方は、ここに図示されていないマイクロプロセッサによって制御される。したがってＡＳＩＣ４５は、出力段を成す回路１０とマイクロプロセッサとの間のインタフェースとなる。

電気回路１０とＡＳＩＣ４５とマイクロプロセッサとは、制御装置を構成する。しかし、圧電素子１１，１２，１３，１４は制御装置の外部に配置されており、かつ電気回路１０ないしは上記のＡＳＩＣ４５の外部に配置されており、たとえばケーブルツリー等である接続線路を介して電気回路１０に接続されている。

前記制御装置は、圧電素子１１，１２，１３，１４に供給された電流の開ループ制御および／または閉ループ制御に使用される。これに対して制御装置は、電気的な記憶媒体、特にフラッシュメモリを備えた、既述のマイクロプロセッサの形態のコンピュータを有している。この記憶媒体上にはコンピュータ上で実行可能なコンピュータプログラムが記憶されている。このコンピュータプログラムは、圧電素子１１，１２，１３，１４を流れる電流を調整して、所望の開ループ制御及び／又は閉ループ制御を実施するのに適するものである。

バッテリー３４は、たとえば１２Ｖまたは２４Ｖの直流電圧を有する。直流電圧変換器３６を介して、この直流電圧はたとえば２４０Ｖに変圧される。このように上昇された直流電圧は分圧器４０に印加され、該分圧器４０を介してＡＳＩＣ４５によって検出することができる。さらに、この上昇された直流電圧はコンデンサ３９に印加される。コンデンサ３９に印加された電圧は、２つのトランジスタ２７，２８の直列回路にも印加される。

常に、両トランジスタ２７，２８のうち１つのトランジスタのみがＡＳＩＣ４５によってオン制御される。さらに、両トランジスタ２７，２８はオン制御される場合、クロック制御によって導通接続される。そのために必要なクロックは通常、電気回路１０に対して外部から設定される。しかし、このクロックは場合によっては、電気回路１０自体によって生成することもできる。このクロックは有利には、連続するスイッチオン持続時間およびスイッチオフ制御時間を有する矩形信号である。スイッチオン持続時間およびスイッチオフ持続時間は、ここでは相互に異なることができる。また、スイッチオン持続時間およびスイッチオフ持続時間を可変とすることもできる。

トランジスタ２７が導通接続されると、圧電素子１１，１２，１３，１４のうち１つの圧電素子の充電が行われる。それに対し、トランジスタ２８が導通接続されると、充電された圧電素子１１，１２，１３，１４の放電が行われる。その時点の圧電素子１１，１２，１３，１４に印加された電圧は、ＡＳＩＣ４５によって分圧器４１を使用して検出することができる。コイル２５によって、充電時または放電時に流れる電流の上昇が制限される。トランジスタ１６，１７，１８，１９を使用して、充電すべき圧電素子１１，１２，１３，１４がＡＳＩＣ４５によって選択される。

以下で、圧電素子１１，１２，１３，１４のうち１つの充電を図２ａ，３ａに基づいて説明する。

たとえば圧電素子１１を充電する場合、トランジスタ１６，２７がＡＳＩＣ４５によってまず導通接続される。電流がコンデンサ３９から、導通接続されたトランジスタ２７と、コイル２５と、圧電素子１１と、導通接続されたトランジスタ１６と、第１の測定抵抗２４と、アースと、第２の測定抵抗２９とを介して流れ、コンデンサ３９へ戻る。この電流の流れは、図２ａでは実線４６として示されている。

その後、トランジスタ２７が阻止される。電流がコイル２５から、圧電素子１１と、導通接続されたトランジスタ１６と、第１の測定抵抗２４と、アースと、第２の測定抵抗２９と、両フライホールダイオードのうちで下方のフライホイール３０とを介して流れ、コイル２５に戻る。この電流の流れは、図２ａでは破線４７として示されている。

その後、トランジスタ２７が再び導通接続され、電流が再び電流の流れ４６にしたがって流れる。トランジスタ２７のこのようなクロック制御は、圧電素子１１が所望の電圧まで充電されるまで続行される。

図３ａに、両測定抵抗２４，２９を流れる電流が時間ｔ軸上にプロットされている。上方のグラフで示された電流Ｉ２４は測定抵抗２４を流れる電流であり、下方のグラフで示された電流Ｉ２９は測定抵抗２９を流れる電流である。さらに図３ａには、圧電素子１１を所望の程度まで充電するためにトランジスタ２７がクロック制御される充電持続時間ＬＴがプロットされている。

圧電素子１１，１２，１３，１４のうち１つの圧電素子の放電は基本的に、圧電素子１１，１２，１３，１４のうち１つの圧電素子の上述の充電に相応するが、その際にはとりわけ電流方向が変化する。この放電を以下で、図２ｂ，３ｂに基づいて説明する。

たとえば圧電素子１１の放電を行う場合、トランジスタ２８およびトランジスタ１６がＡＳＩＣ４５によってまず導通接続される。図２ｂで実線４８として示されたような電流の流れで、電流が流れる。その後、トランジスタ２８が阻止される。図２ｂで破線４９として示されたような電流の流れで、電流が流れる。その後、トランジスタ２８が再び導通接続され、電流が再び電流の流れ４８にしたがって流れる。トランジスタ２８のこのようなクロック制御は、圧電素子１１の放電が所望の程度になるまで続行される。

図３ｂに、両測定抵抗２４，２９を流れる電流が時間ｔ軸上にプロットされている。上方のグラフで示された電流Ｉ２４は測定抵抗２４を流れる電流であり、下方のグラフで示された電流Ｉ２９は測定抵抗２９を流れる電流である。さらに図３ａには、圧電素子１１の放電を所望の程度まで行うためにトランジスタ２８がクロック制御される放電持続時間ＥＴがプロットされている。

とりわけ両測定抵抗２４，２９と、両測定抵抗２４，２９を流れる電流Ｉ２４，Ｉ２９とを使用して、電気回路１０または圧電素子１１，１２，１３，１４の欠陥を識別することができる。とりわけ制御装置によって、圧電素子１１，１２，１３，１４のうち１つの圧電素子の端子とアースとが短絡されているか、またはバッテリー３４によって供給された直流電圧とが短絡されているかを識別でき、ないしは、圧電素子１１，１２，１３，１４のうち１つの圧電素子の端子とアースとが、または該直流電圧とが短絡されていることを識別できる。

たとえば圧電素子１１，１２，１３，１４とアースとが短絡された場合、またはバッテリー３４によって供給された直流電圧とが短絡された場合の欠陥時には、圧電素子１１，１２，１３，１４のうち１つの圧電素子が欠陥識別時点にちょうど充電されているか、または少なくとも部分的に充電されている可能性が生じる。その際に各圧電素子１１，１２，１３，１４を保護するためには、各圧電素子１１，１２，１３，１４の放電を再び行い、電気回路１０を安全な動作状態にする必要がある。

制御装置によってこのような欠陥が識別された場合、圧電素子１１，１２，１３，１４の開ループ制御および／または閉ループ制御による放電が、制御装置によって行われる。

この放電過程では、電流Ｉ２９は測定抵抗２９を介して検出される。この電流Ｉ２９は、圧電素子１１，１２，１３，１４のうち１つの圧電素子の端子とアースとの短絡、またはバッテリー３４によって供給される直流電圧との短絡が生じた場合でも存在する。しかし、測定抵抗２４を流れる電流Ｉ２４が上記の欠陥時に存在することは、少なくとも確実でない。

ここでは、測定抵抗２９を流れる電流Ｉ２９に依存してＡＳＩＣ４５によって、圧電素子１１，１２，１３，１４の放電、とりわけその際に流れる放電電流が開ループ制御および／または閉ループ制御される。このことを以下で、図４および５にしたがって説明する。

図４において、トランジスタ２８を制御するためのクロックＴＴが時間ｔ軸上にプロットされている。図５では、圧電素子１１，１２，１３，１４のうち少なくとも１つの圧電素子に印加される電圧ＵＰが、時間ｔ軸上にプロットされている。これは、圧電素子１１，１２，１３，１４のうち１つの圧電素子がこの時点で充電されているか、または少なくとも部分的に充電されていることと同義である。

放電時には、まずトランジスタ２８が時点Ｔ１で閉成される。ここで放電電流が圧電素子１１，１２，１３，１４から、コイル２５と、トランジスタ２８と、測定抵抗２９とを介してアースへ流れる。圧電素子１１，１２，１３，１４の電圧ＵＰは時間とともに低下する。図５にこのことが示されている。測定抵抗２９によってこの放電電流は測定される。放電電流が所定の上限値に達した場合、トランジスタ２８は開放される。このことは図４において、時点Ｔ２として示されている。

その後、放電電流は圧電素子１１，１２，１３，１４から、コイル２５と、コンデンサ３９と、測定抵抗２９とを介してアースへ流れる。圧電素子１１，１２，１３，１４に存在する電圧ＵＰはさらに低下する。所定の時間経過後、または上記の電流が下限値に達した場合、トランジスタ２８は時点Ｔ３で再び閉成される。放電電流は再びトランジスタ２８を流れ、時間とともに上昇する。

上記のようにトランジスタ２８がスイッチオンおよびスイッチオフされることにより、相応の圧電素子１１，１２，１３，１４の放電が行われる。すでに述べたように、トランジスタ２８のスイッチオンおよびスイッチオフは、測定抵抗２９を流れる放電電流に依存して行われる。トランジスタ２８のスイッチオンおよびスイッチオフは、圧電素子１１，１２，１３，１４の電圧ＵＰが所定の値Ｕｍｉｎを下回ると直ちに終了される。このことは、図５の時点ＴＥに示されている通りである。その際には、電圧ＵＰは分圧器４１によって検出される。ここでは、相応の圧電素子１１，１２，１３，１４の放電が行われたか、または該相応の圧電素子１１，１２，１３，１４の電圧が、バッテリー３４によって供給された直流電圧より少なくとも上回らないことが推定される。

バッテリー３４によって供給された直流電圧との短絡によって閾値Ｕｍｉｎに到達できない場合、放電は固定的に設定された時間経過後に終了される。

このようにして、電気回路１０および圧電素子１１，１２，１３，１４の動作状態は安全な動作状態になり、とりわけ放電された状態になる。放電時に流れる放電電流は、ここでは基本的に、電気回路１０の通常動作時にも流れる電流に相応する。場合によっては、図４および５を参照して説明した限界値および持続時間を通常動作に依存せずに設定し、欠陥時の放電の特別なケースに適合することができる。

とりわけ自動車の燃料噴射装置の圧電素子を駆動制御するための電気回路の概略的なブロック回路図である。 電流の流れが図示された図１の回路を示す。 図２ａおよび２ｂの回路に流れる電流のタイムチャートを概略的に示す。 図１の回路の駆動制御信号および電圧のタイムチャートを概略的に示す。 図１の回路の駆動制御信号および電圧のタイムチャートを概略的に示す。

Claims (8)

1. 圧電素子（１１，１２，１３，１４）を駆動制御するための電気回路（１０）であって、
   クロック（ＴＴ）によって制御される直列接続された２つのトランジスタ（２７，２８）を有し、
   前記トランジスタのうち１つ（２７）は、前記圧電素子（１１，１２，１３，１４）を充電するために使用され、他方（２８）は、該圧電素子（１１，１２，１３，１４）を放電するために使用され
   該トランジスタ（２７，２８）の共通の接続点は、該圧電素子（１１，１２，１３，１４）に結合されており、
   欠陥時には、前記圧電素子の放電用のトランジスタ（２８）が導通接続され、該圧電素子の放電用のトランジスタは、該クロック（ＴＴ）に基づいて該圧電素子の放電電流に応じて制御され、
   前記放電電流は、前記２つのトランジスタ（２７，２８）に対して直列接続された測定抵抗（２９）によって検出されることを構成されていることを特徴とする電気回路（１０）。
2. 前記放電電流が上限値を上回らないように前記圧電素子の放電用のトランジスタは制御されるように構成されている、請求項１記載の電気回路（１０）。
3. 前記圧電素子（１１，１２，１３，１４）は、自動車の燃料噴射装置の圧電素子である、請求項１または２記載の電気回路。
4. 圧電素子（１１，１２，１３，１４）を駆動制御する方法であって、
   クロック（ＴＴ）によって制御される直列接続された２つのトランジスタ（２７，２８）を有し、
   前記トランジスタのうち１つ（２７）は、前記圧電素子（１１，１２，１３，１４）を充電するために使用され、他方（２８）は、該圧電素子（１１，１２，１３，１４）を放電するために使用され、
   該トランジスタ（２７，２８）の共通の接続点は、該圧電素子（１１，１２，１３，１４）に結合されており、
   欠陥時には、前記圧電素子の放電用のトランジスタ（２８）を導通接続し、該圧電素子の放電用のトランジスタを該クロック（ＴＴ）に基づいて、前記２つのトランジスタ（２７，２８）に対して直列接続された測定抵抗（２９）によって検出される該圧電素子の放電電流に応じて制御することを特徴とする方法。
5. 前記圧電素子（１１，１２，１３，１４）は、自動車の燃料噴射装置の圧電素子である、請求項４記載の方法。
6. 請求項４または５記載の方法において使用するためにプログラミングされていることを特徴とする、コンピュータプログラム。
7. 請求項４または５記載の方法において使用するためにプログラミングされているコンピュータプログラムが記憶されていることを特徴とする、電気的記憶媒体。
8. 請求項４または５記載の方法において使用するために構成されていることを特徴とする、自動車の燃料噴射装置のための制御装置。

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