JP4950385B2 - 圧電素子を充電するための装置および圧電素子を充電する方法 - Google Patents
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Description
本発明は請求項1の上位概念に記載された装置と、請求項6の上位概念に記載された方法、すなわち圧電素子を充電すると同時に圧電素子における製造の偏差を補償する装置と方法に関する。
【0002】
より詳細に考察する本発明の圧電素子は、それ専用ではないが殊にアクチュエータとして使用される圧電素子である。圧電素子がこのような目的に使用できるのは、圧電素子が、これに加えられるまたはこれに発生する電圧の関数として収縮または伸張するという特性を有するからである。
【0003】
圧電アクチュエータを使用する燃料噴射システムは、第1次近似において圧電アクチュエータが、加えられる電圧と線形な伸張との間で比例関係を有するという事実によって特徴付けられる。
【0004】
圧電素子を使用したアクチュエータの実践的な実現が有利であることが判明したのは、殊にこのアクチュエータが、高速および/または頻繁な運動、例えば内燃機関用の燃料噴射ノズルに使用される運動を行わなければならない場合である。燃料噴射ノズルにおける圧電素子の利便性については例えばEP0371469B1およびEP0379182B1を参照されたい。
【0005】
燃料噴射ノズルの例では、圧電素子の伸張および収縮は弁を制御するために使用され、ここでこの弁は噴射ニードルの線形のストロークを操作する。ドイツ特許明細書DE19742073A1およびDE19729844A1には、燃料噴射システムにおける噴射ニードルを制御する、複動式両座弁を有する圧電素子が開示されている。これらの明細書全文をここに文献として援用する。
【0006】
燃料噴射ノズルでは、これが例えば複動式両座弁として実現され、これによりて内燃機関のシリンダへの燃料噴射に対してニードルの線形なストロークが制御されると、相応するシリンダに噴射される燃料の量は、弁が開いている時間の関数であり、また圧電素子を使用する場合は、この圧電素子に供給される活動化電圧の関数である。
【0007】
図1は、圧電素子2010をアクチュエータとして使用する燃料噴射システムを概略的に示す図である。図1を参照すると、圧電素子2010は電気的にエネルギー供給されて伸張し、供給される活動化電圧に応じて収縮する。圧電素子2010はピストン2015に結合されている。伸張した状態では圧電素子2010によって、ピストン2015は油圧アダプタ2020に突き出る。この油圧アダプタは油圧媒体、例えば燃料を含んでいる。圧電素子が伸張する結果、複動式制御弁2025は油圧によって、ハイドリックアダプタ2020から押し出され、弁体2035が、第1の閉位置2040を離れる。複動式制御弁2025と中空孔部2050との組み合わせは、しばしば複動式両座弁と称される。それは圧電素子2010が励振されていない状態では、この複動式制御弁2025がその第1閉位置2040に静止するからである。その一方、圧電素子2010が完全に伸張していると、複動式両座弁はその第2閉位置2030に静止する。弁体2035の後者の位置が概略的に図1において一点鎖線で示されている。
【0008】
この燃料噴射システムは噴射ニードル2070を含んでおり、この噴射ニードルによって、加圧された燃料供給線路2060からの燃料を(図示しない)シリンダに噴射することができる。圧電素子2010が励振されていないかまたは完全に伸張しているかによって、複動式制御弁2025はそれぞれ第1閉位置2040または第2閉位置2030に停止する。どちらの場合にも、ハイドロリックレールの圧力によって噴射ニードル2070は閉位置に維持される。したがって燃料混合気は(図示しない)シリンダに進入しない。逆に圧電素子2010が励振されて、複動式制御弁2025が、中空孔部2050に対していわゆる中央位置にあるようにされる場合、加圧された供給線路2060において圧力が降下する。この圧力降下の結果、圧力差が、加圧された燃料供給線路2060において噴射ニードル2070の先端部と底部との間に生じ、これによって噴射ニードル2070が持ち上げられ、(図示しない)シリンダに燃料を噴射することができる。
【0009】
どの燃料噴射システムにおいても究極の目的であるのは、所望の燃料噴射体積を高い精度で達成すること、殊に小さな噴射体積において、例えばパイロット噴射中に達成することである。複動式制御弁の例において困難であることが判明したのは、すべての噴射エレメントおよび噴射システムの全寿命期間に対して、十分な精度で活動化電圧を決定しかつこれを供給して、例えば相応する弁体が最大燃料流に対して正確に位置決めされるようにすることである。
【0010】
以前、考えられていたのは、圧電的な移動量とその電圧との間の関係は、同じ構造的な設計のすべてのアクチュエータに対して決定された特性曲線により、良好な精度と再現性で得られるということである。しかしながら、圧電素子を繰り返して使用することによって老朽化の徴候が示されることが判明した。この徴候は、圧電素子の最大移動量の変化とその容量とに現れる。状況によっては、この老朽化の徴候は、インジェクタ全体またはポンプエレメントの動作に極めて破壊的な影響を及ぼすことがある。
【0011】
さらに、層厚または層の数の変化は、電圧制御または充電制御に対する最大の圧電的な移動量に影響する。ドイツ特許明細書DE19733560では、圧電容量の変化を充電または放電時間について、指定した電流曲線で測定し、これによってアクチュエータの老朽化を導出することが提案されている。しかしながらはじめから存在する製造の公差を、このようにして取り除くことはできない。
【0012】
したがって本発明の課題は、請求項1の上位概念に記載された装置と、請求項6の上位概念に記載された方法を改善して、近似に基づき、圧電素子における製造の偏差を補償し、これによって圧電素子を含むインジェクタまたはポンプエレメントの正しい動作を保証することである。
【0013】
この課題は、本発明により、請求項1の特徴部分に記載された構成(装置)によって、または請求項6の特徴部分に記載された構成(方法)によって解決される。
【0014】
ここでは:
− 圧電素子を充電するための活動化電圧値をオンラインで補償ユニットにより制御し、ここでこの補償ユニットは活動化電圧と活動化電荷とを調整して、圧電素子の層厚または層の数における変化によって生じた偏差を補償するようにし(請求項1の特徴部分)、
− 圧電素子の活動化電圧と活動化電荷とに対する値について充電の前に決定を行い、ここでこの決定は、圧電素子の移動量におけるバッチ変動の関数として行われる(請求項6の特徴部分)。
【0015】
このようにして本発明により、(マルチレイヤ圧電素子の場合)層厚または層の数に起因する、圧電素子の移動量におけるバッチ変動が補償され、高い精度を圧電素子の移動量において達成する手段が提供される。
【0016】
本発明の1つの利点は、例えば、圧電素子アクチュエータの作製において回避することのできない製造の偏差を補償することができ、より正確なアクチュエータの動作が保証されることである。本発明の別の利点は、全体の長さのような2次的な条件が不要なことである。本発明のさらに別の利点は、これが、コンポーネントのキャパシタンスを測定しなくても圧電的な移動量を補償する択一的な手段を提供することである。
【0017】
本発明の別の利点は従属請求項、以下の説明、および図面に記載されている。
【0018】
本発明を以下、実施例を参照して図面に基づきさらに詳しく説明する。図面において:
図2は、あらかじめ選択した固定の時間期間中の活動化電圧Uと、噴射される燃料体積meとの関係を表す線図を示している。これは複動式制御弁に基づいて動作する、圧電素子を使用した例示的な燃料噴射システムに対するものである。y軸は、あらかじめ選択した固定の時間期間中にシリンダ室に噴射される体積を表す。x軸は、相応する圧電素子に加えられる、または蓄積されている活動化電圧を表しており、これは複動式制御弁の弁体を変位させるために使用される。
【0019】
x=0,y=0で活動化電圧Uはゼロであり、あらかじめ選択された固定の期間中の燃料の流れを防ぐために弁体は第1の閉位置に着座している。ゼロよりも大きい活動化電圧Uの値に対しては、Uoptで示したx軸の点に達するまで、示した活動化電圧Uの値により、第1の閉位置を離れて第2の閉位置へ向かう弁体の変位が発生する。これは結果的にこの固定の期間に活動化電圧Uoptに接近するのに連れて、より大きな体積の燃料がy軸にme,maxで示された体積の値まで噴射されるように行われる。この固定の期間に噴射される燃料に対する最大体積に相応する点me,maxは、圧電素子に加えられる、または圧電素子を充電するための活動化電圧の値を表しており、この値によって弁体の最適な変位が、第1および第2閉位置(図1にそれぞれ2040,2030として示されている)の間で得られる。
【0020】
図2の線図が示すように、Uoptよりも大きな活動化電圧の値に対して、この固定の期間に噴射される燃料の体積は0に達するまで減少する。このことは弁体が最適点から複動式制御弁の第2閉位置に向かって変位し、かつ弁体が第2の弁閉位置に着座するまでこの変位が行われることを表している。したがって図2の線図が示しているのは、活動化電圧によって圧電素子が弁体を最適の点に変位させる場合に、最大体積の燃料噴射が行われることである。
【0021】
本発明によって分かることは、任意の所定の時点における、所定の圧電素子に対するUoptの値は、この圧電素子の製造時点の製造特性と、個々の圧電素子に作用する老朽化の徴候とによって影響されることである。つまりこの圧電素子によって発生した、所定の活動化電圧に対する変位量は、この圧電素子の動作特性(製造特性および老朽化の影響)の関数として変化するのである。したがって所定の固定の期間中に燃料の最大体積me,maxを達成するためには、圧電素子に加えられる、または圧電素子において発生する活動化電圧を、この圧電素子の現在の動作特性に関係する値に設定してUoptを達成すべきである。
【0022】
図3は、例示的な制御弁ストロークの概略プロフィールを表す2つの線図を示しており、これによって上記の複動式制御弁の動作を説明する。図3の上側の線図では、x軸は時間を表しており、y軸は弁体の変位(バルブリフト)を表している。図3の下側の線図ではx軸は同様に時間を表しており、これに対してy軸は、燃料の流れを供給する噴射ノズルニードルのリフトを表しており、これは上側の線図のバルブリフトから得られるものである。上側および下側の線図は相互に揃えられており、これによってそれぞれのx軸で表される時間が一致する。
【0023】
噴射サイクル中に圧電素子は充電され、詳細に説明するようにこれによってこの圧電素子は伸張し、かつ相応する弁体が、図3の上側の線図に示したように第1閉位置から第2閉位置に予備噴射ストロークのために移動する。図3の下側の線図には、弁体がこの複動式制御弁の2つの座の間で移動するのに伴って発生する少量の燃料噴射と、この弁体がこれらの座の間で移動するのに伴う弁の開閉とが示されている。一般的にはこの圧電素子の充電は、つぎの2つのステップで行うことができる:第1のステップではこの圧電素子を所定の電圧まで充電して弁を開き、第2のステップではこの圧電素子をさらに充電してこの弁を第2の座で再度閉じる。これらのステップ間では一般的に所定の時間遅延が発生することがある。
【0024】
あらかじめ選択した期間の後、以下に詳細に説明する放電動作がつぎに実行される。この放電動作によってこの圧電素子内の電荷は減少し、同様に詳細に説明するようにこの圧電素子は収縮し、これによって弁体は第2の座から離れ、2つの座の間の中間点で停止する。図2に示したように圧電素子内の活動化電圧はUoptに等しい値に達するべきであり、これによってこの活動化電圧がバルブリフトの最適点に相応し、したがって主噴射に割り当てられた期間中に最大の燃料の流れme,maxが得られるようにする。図3の上側および下側の線図には、バルブリフトを中間点に保持することが示されており、この結果、主噴射が行われる。
【0025】
主噴射に対する期間の終わりにこの圧電素子は活動化電圧0まで放電され、この結果、圧電素子はさらに収縮し、これによって弁体は最適位置から離れ、図3の上側および下側の線図に示したように第1の座に向かって移動し、弁は閉じ、燃料の流れは停止する。この時点で弁体は再度、例えば上に説明したように別の予備噴射と主噴射のサイクルを繰り返す位置にある。当然のことながら図3の線図は本発明の1実施形態を表しているだけであり、別の任意の噴射サイクルを実行できることは通常の知識を有する当業者には明らかであろう。
【0026】
図4は、本発明を実現することのできる装置の例示的な実施例のブロック回路図を示している。
【0027】
図4には詳細に示した領域Aと、詳細に示していない領域Bとがあり、それらの区別は破線cによって示されている。詳細な領域Aは、圧電素子10,20,30,40,50および60を充電および放電する回路を含んでいる。考察しているこの実施例ではこれらの圧電素子10,20,30,40,50および60は、内燃機関の燃料噴射ノズル(殊にいわゆるコモンレールインジェクタ)におけるアクチュエータである。圧電素子がこのような目的に使用できるのは、公知のように、また上記のようにこれらの圧電素子が、これらに加えられる電圧またはこれらにおいて発生する電圧の関数として収縮または伸張する特性を有するからである。6つの圧電素子10,20,30,40,50および60を、ここで説明する実施例において使用する理由は、燃焼機関内の6つのシリンダを独立して制御するためである。したがって任意の別の目的には別の任意の数の圧電素子が適合し得る。
【0028】
詳細に示していない領域Bは、制御ユニットDと、活動化集積回路Eとを含んでおり、この2つによって詳細領域A内の素子も、システム特性を測定する測定装置Fも共に制御される。ここでシステム特性とは例えば、燃料圧力および内燃機関の回転速度(rpm)であり、これらは制御ユニットDに入力され、以下詳細に説明するように本発明にしたがってこの制御ユニットDによって使用される。本発明では制御ユニットDおよび活動化集積回路Eは、圧電素子に対する活動化電圧を各圧電素子の動作特性の関数として制御するようにプログラムされている。
【0029】
以下ではまず詳細領域Aの個別素子を説明し、つぎに圧電素子10,20,30,40,50および60の充電および放電のプロシージャを一般的に説明する。最後にこれら2つのプロシージャが、制御ユニットDおよび活動化集積回路Eによって本発明にしたがってどのように制御されるかを詳しく説明する。
【0030】
詳細領域A内の回路は、6つの圧電素子10,20,30,40,50および60を含んでいる。
【0031】
圧電素子10,20,30,40,50および60は、第1グループG1と第2グループG2とに分類され、各々は3つの圧電素子を含む(すなわち圧電素子10,20および30は第1グループG1に、圧電素子40,50および60は第2グループG2にそれぞれ所属する)。グループG1およびG2は、相互に並列接続された回路部分の構成要素である。グループ選択スイッチ310,320を使用して、圧電素子10,20および30ないしは40,50および60からなるいずれのグループG1,G2が、共通の充電および放電装置によってそれぞれ放電されるのかを決定することができる(しかしながらこのグループ選択スイッチ310,320は、以下に詳しく説明するように充電のプロシージャには意味がない)。
【0032】
グループ選択スイッチ310,320は、コイル240と、それぞれのグループG1およびG2(それらのコイル側の端子)との間に配置されており、かつトランジスタとして実現されている。ここでは側方の駆動器311,321が実装されており、これらは活動化集積回路Eから受け取った制御信号を、必要に応じてスイッチを開閉するのに有利な電圧に変換する。
【0033】
ダイオード315および325(グループ選択ダイオードと称する)は、それぞれ、グループ選択スイッチ310,320に並列に設けられている。グループ選択スイッチ310,320がMOSFETまたはIGBTとして実現されている場合、これらのグループ選択ダイオード315および325を寄生ダイオードによってそれ自体で構成することが可能である。ダイオード315,325は充電プロシージャ中、グループ選択スイッチ310,320をバイパスする。したがってグループ選択スイッチ310,320の機能は、圧電素子10,20および30ないしは40,50および60からなるグループG1,G2をそれぞれ、放電プロシージャに対してだけ選択するのに限定される。
【0034】
各グループG1ないしはG2内で圧電素子10,20および30、ないしは40,50および60はそれぞれ、圧電分岐路110,120および130(グループG1)ならびに圧電分岐路140,150および160(グループG2)の構成要素として配置されており、ここでこれらの圧電分岐路は並列接続されている。各圧電分岐路は、第1並列回路と第2並列回路とからなる直列回路を含んでおり、ここで第1並列回路は、圧電素子10,20,30,40,50ないしは60と、抵抗13,23,33,43,53ないしは63(分岐路抵抗と称する)とを含み、第2並列回路は、トランジスタ11,21,31,41,51ないしは61として実現された選択スイッチ(分岐路選択スイッチと称する)と、ダイオード12,22,32,42,52ないしは62(分岐路ダイオードと称する)とからなる。
【0035】
分岐路抵抗13,23,33,43,53ないしは63はそれぞれ、対応する各圧電素子10,20,30,40,50ないしは60を、充電プロシージャの間および充電プロシージャの後、連続的にそれ自体で放電させる。それはこれらの抵抗は、容量性の各圧電素子10,20,30,40,50ないしは60の両方の端子を相互に接続するからである。しかしながら分岐路抵抗13,23,33,43,53ないしは63はそれぞれ十分に大きく、このプロシージャは、以下に説明する制御された充電および放電に比して緩慢になる。したがって任意の圧電素子10,20,30,40,50または60の電荷が、充電プロシージャ後の関連する時間内で変化していないと考えることは引き続き理にかなった仮定である(それにもかかわらず分岐路抵抗13,23,33,43,53および63を設けるのは、このシステムの故障または別の例外的な状況の場合に圧電素子10,20,30,40,50および60に残余する電荷を回避するためである)。したがって分岐路抵抗13,23,33,43,53および63を以下の説明では無視することができる。
【0036】
個々の圧電分岐路110,120,130,140,150ないしは160のそれぞれの分岐路選択スイッチ/分岐路ダイオード対、すなわち圧電分岐路110の選択スイッチ11およびダイオード12、圧電分岐路120の選択スイッチ21およびダイオード22などは、寄生ダイオードを有する電子スイッチ(すなわちトランジスタ)、例えば(上記のようにグループ選択スイッチ/ダイオード対310および315、ないしは320および325に対して)MOSFETまたはIGBTを使用して実現可能である。
【0037】
分岐路選択スイッチ11,21,31,41,51ないしは61は、圧電素子10,20,30,40,50または60のうちのいずれがそれぞれ、共通の充電および放電装置によって充電されるかを決定するために使用することができる。すなわちいずれの場合においても充電される圧電素子10,20,30,40,50または60はすべて、その分岐路選択スイッチ11,21,31,41,51または61が、以下に説明する充電プロシージャ中に閉じられている圧電素子である。ふつう任意の時間において分岐路選択スイッチのうちの1つだけが閉じられる。
【0038】
分岐路ダイオード12,22,32,42,52および62は、分岐路選択スイッチ11,21,31,41,51ないしは61を放電プロシージャ中にバイパスするために使用される。したがって考察している充電プロシージャに対する例では任意の圧電素子を個別に選択することができ、これに対して放電プロシージャに対しては圧電素子10,20および30ないしは40,50および60からなる第1グループG1または第2グループG2のいずれか、または両方を選択しなければならない。
【0039】
圧電素子10,20,30,40,50および60それ自体に戻ると、分岐路選択圧電端子15,25,35,45,55ないしは65は、分岐路選択スイッチ11,21,31,41,51ないしは61を介して、または対応するダイオード12,22,32,42,52ないしは62を介して、またどちらの場合も付加的に抵抗300を介して接地される。
【0040】
抵抗300の目的は、圧電素子10,20,30,40,50および60を充電および放電中に、分岐路選択圧電端子15,25,35,45,55ないしは65とグランドとの間をそれぞれ流れる電流を測定することである。これらの電流が分かれば、圧電素子10,20,30,40,50および60の制御された充電および放電が可能である。殊に充電スイッチ220および放電スイッチ230を、これらの電流の大きさに依存して開閉することによって、以下に詳しく説明するように、充電電流および放電電流を所定の平均値に設定し、および/または所定の最大値および/または最小値を上回らないかまたは下回らないように維持することができる。
【0041】
考察している実施例では、測定器それ自体にもさらに、例えば5Vの直流を供給する電圧源621と、2つの抵抗622および623として実現される分圧器とが必要である。これは活動化集積回路E(これによって測定が実行される)を負の電圧から防ぐためである。ここでこの負の電圧は、上記の電圧源と分圧器がなければ測定点620に発生しかつ活動化集積回路Eでは処理することができない。すなわちこのような負の電圧は、電圧源621と分圧器622および623とによって供給される正の電圧設定を付加することによって正の電圧に変更されるのである。
【0042】
各圧電素子10,20,30,40,50および60の他方の端子、すなわちグループ選択圧電端子14,24,34,44,54ないしは64は電圧源の正の極に接続することができ、また択一的または付加的にグランドに接続することができる。ここでこの電圧源の正の極との接続は、グループ選択スイッチ310ないしは320を介して、またはグループ選択ダイオード315ないしは315を介して、ならびにコイル240、および充電スイッチ220と充電ダイオード221とからなる並列回路を介して行われ、またグランドとの接続は、グループ選択スイッチ310ないしは320を介して、またはダイオード315ないしは325を介して、ならびコイル240、および放電スイッチ230または放電ダイオード231からなる並列回路を介して行われる。充電スイッチ220および放電スイッチ230は、例えば側方の駆動器222ないしは232を介して制御されるトランジスタとして実現される。
【0043】
電圧源は容量性の特性を有する素子を含んでおり、この素子は、考察している実施例では(バッファ)キャパシタ210である。キャパシタ210は、バッテリ200(例えば自動車バッテリ)およびその下流の直流電圧コンバータ201によって充電される。直流電圧コンバータ201はバッテリ電圧(例えば12V)を実質的に任意の別の直流電圧(例えば250V)に変換し、キャパシタ210をその電圧に充電する。直流電圧コンバータ201は、トランジスタスイッチ202と抵抗203とによって制御され、ここでこの抵抗203は、測定点630から取り出される電流の測定に使用される。
【0044】
相互チェックのためにさらなる電流測定を測定点650において、活動化集積回路Eと、抵抗651,652および653と、例えば5V直流電圧源654とによって行うことができる。さらに測定点640における電圧測定を、活動化集積回路Eと、分圧抵抗641および642とによって行うことができる。
【0045】
最後に抵抗330(全放電抵抗と称する)と、トランジスタ331として実現されたストップスイッチ(ストップスイッチと称する)と、ダイオード332(全放電ダイオードと称する)とが、圧電素子10,20,30,40,50および60を放電するために使用される(万一これらが以下に説明する「通常の」放電動作によって放電されない場合)。ストップスイッチ331は有利には「通常の」放電プロシージャ(放電スイッチ230を介してサイクリックに放電される)の後、閉じられる。ここでこのスイッチは圧電素子10,20,30,40,50および60を、抵抗330と300とを介して接地し、これによって圧電素子10,20,30,40,50および60に残っているかもしれないすべての残余電荷が除去される。全放電ダイオード332は、負の電圧が圧電素子10,20,30,40,50および60で発生することを防ぐ。これらの圧電素子は状況によってはこの負の電圧によって破損されてしまうおそれがある。
【0046】
すべての圧電素子10,20,30,40,50および60またはこれらのうちに任意の1つの圧電素子の充電および放電は、単一の充放電装置(全グループとその圧電素子に共通である)によって行われる。考察している実施例ではこの共通の充放電装置は、バッテリ200と、直流電圧コンバータ201と、キャパシタ210と、充電スイッチ220と、放電スイッチ230と、充電ダイオード221と、放電ダイオード231と、コイル240とを含んでいる。
【0047】
各圧電素子の充放電は同じように行われる。これを以下に説明するが第1圧電素子10だけについて述べる。
【0048】
充電および放電プロシージャの間に発生する状態を、図5A〜図5Dを参照して説明する。このうち図5Aおよび図5Bは圧電素子10の充電を、または図5Cおよび図5Dは圧電素子10の放電を示している。
【0049】
充電または放電すべき1つまたは複数の圧電素子10,20,30,40,50または60の選択と、以下に説明する充電プロシージャと、放電プロシージャとは、活動化集積回路Eおよび制御ユニットDによって駆動される。ここでこれは上記の1つまたは複数のスイッチ11,21,31,41,51,61;310,320;220,230および331を開閉することにより行われる。詳細領域A内の素子と、活動化集積回路Eおよび制御ユニットDとの間の相互作用を以下に詳しく説明する。
【0050】
充電プロシージャについては、まず充電すべき任意の圧電素子10,20,30,40,50または60を選択しなければならない。第1圧電素子10を排他的に充電するためには第1分岐110の分岐選択スイッチ11が閉じられ、これに対して別の分岐選択スイッチ21,31,41,51および61は開いたままである。任意の別の圧電素子20,30,40,50,60を排他的に充電するため、またはこれらのうちのいくつかを同時に充電するためには、相応する分岐選択スイッチ21,31,41,51および/または61を閉じることによってこれらの圧電素子を選択する。
【0051】
つぎに充電プロシージャを以下のように行う。
【0052】
考察している実施例では一般的に、充電プロシージャには正の電位差が、キャパシタ210と、第1圧電素子10のグループ選択圧電端子14との間に必要である。しかしながら充電スイッチ220および放電スイッチ230が開いているかぎり、圧電素子10の充電も放電も発生しない。この状態では図4に示した回路は定常状態にあり、すなわち圧電素子10はその荷電状態を実質的に変化がないように維持し、電流は流れない。
【0053】
第1圧電素子10を充電するためには充電スイッチ220が閉じられる。理論的には第1圧電素子10をこれだけで充電することができる。しかしながらこれによって大電流が発生してしまい、この大電流によって関連する素子が破壊されてしまうおそれがある。このため、発生する電流は測定点620において測定され、検出した電流が所定の限界を上回ると直ちにスイッチ220が再度開かれる。これにより任意の所望の電荷を第1圧電素子10に得るために、充電スイッチ220は繰り返して開閉される。これに対して放電スイッチ230は開いたままである。
【0054】
さらに詳しくいうと、充電スイッチ220が閉じられている場合、図5Aに示した状態が発生する。すなわち圧電素子10、キャパシタ210およびコイル240からなる直列回路を含む閉回路が形成され、この閉回路に電流iLE(t)が、図5Aで矢印によって示したように流れる。このように電流が流れる結果として両方の正の電荷が、第1圧電素子10のグループ選択圧電端子14に供給され、エネルギーがコイル240に蓄積される。
【0055】
充電スイッチ220が閉じられた後、これが短時間(例えば数μs)、開かれる場合、図5Bに示した状態が発生する。すなわち圧電素子10と、充電ダイオード221と、コイル240とからなる直列回路を含む閉回路が形成され、この閉回路に電流iLA(t)が図5Bで矢印によって示したように流れる。このように電流が流れる結果として、コイル240に蓄積されたエネルギーが圧電素子10に流れ込む。圧電素子10に供給されるエネルギーに応じて、電圧が後者において発生し、その外形寸法が増大する。エネルギーの伝送がコイル240から圧電素子10に行われると、図4に示しかつすでに述べたように回路の定常状態が再び得られる。
【0056】
上記の時点、またはより早い時点、またはより遅い時点(充電動作の所望の時間プロフィールに依存する)に、充電スイッチ220が再度閉じられ、再度開かれて上記のプロセスが繰り返される。充電スイッチ220を再閉成および再開成する結果、圧電素子10に蓄積されるエネルギーが増大し(圧電素子10にすでに蓄積されているエネルギーと、新たに供給されるエネルギーとが互いに加算される)、圧電素子10に発生する電圧と、その外形寸法がこれに応じて増大する。
【0057】
充電スイッチ220の上記の開閉が何度か繰り返されると、圧電素子10に発生する電圧が段階的に増大し、圧電素子10の段階的に伸張する。
【0058】
充電スイッチ220が所定の回数だけ開閉されると、および/または圧電素子10が所望の充電状態に達すると、圧電素子の充電は、充電スイッチ220を開いたままにすることによって終了される。
【0059】
放電プロシージャについては、考慮している例において圧電素子10,20,30,40,50または60をグループ(G1および/またはG2)単位で以下のように放電する:
まず放電すべき圧電素子の所属する1つまたは複数のグループG1および/またはG2のグループ選択スイッチ310および/または320が閉じられる(分岐選択スイッチ11,21,31,41,51,61は、放電プロシージャに対して圧電素子10,20,30,40,50,60の選択に影響しない。それはこの場合に分岐選択スイッチは分岐ダイオード12,22,32,42,52および62によってバイパスされるからである)。したがって圧電素子10を第グループG1の一部として放電するために第1グループ選択スイッチ310が閉じられる。
【0060】
放電スイッチ230が閉じられると、図5Cに示した状態が発生する。すなわち圧電素子10およびコイル240からなる直列回路を含む閉回路が形成され、この閉回路に電流iEE(t)が、図5cで矢印により示したように流れる。このように電流が流れる結果、圧電素子に蓄積されたエネルギー(その一部)がコイル240に伝送される。圧電素子10からコイル240へのエネルギー伝送に応じて、圧電素子10に発生する電圧と、その外形寸法とが減少する。
【0061】
放電スイッチ230が閉じられた後、これが短時間(例えば数μs)開かれると、図5dに示した状態が発生する。すなわち圧電素子10、キャパシタ210、放電ダイオード231およびコイル240からなる直列回路を含む閉回路が形成され、この閉回路に電流iEA(t)が図5dで矢印によって示したように流れる。このように電流が流れる結果、コイル240に蓄積されたエネルギーはキャパシタ210に再度供給される。エネルギーの伝送がコイル240からキャパシタ210に行われると、図4に示しかつすでに説明したようにこの回路の定常状態が再び得られる。
【0062】
上記の時点、またはより早い時点、またはより遅い時点(充電動作の所望の時間プロフィールに依存する)に放電スイッチ230が再度閉じられ、再度開かれて上記のプロセスが繰り返される。放電スイッチ230を再閉成および再開成する結果、圧電素子10に蓄積されるエネルギーがさらに減少し、同様に圧電素子10に発生する電圧と、その外形寸法とがこれに応じて減少する。
【0063】
放電スイッチ230の上記の開閉が何度か繰り返されると、圧電素子10に発生する電圧が段階的に減少し、圧電素子10が段階的に収縮する。
【0064】
放電スイッチ230が所定の回数だけ開閉されると、および/またはこの圧電素子が所望の放電状態に達すると、圧電素子の放電は、放電スイッチ230を開いたままにすることによって終了される。
【0065】
活動化集積回路Eおよび制御ユニットDと、活動化集積回路Eと詳細領域A内の素子との間の相互作用は、活動化集積回路Eから詳細領域A内の素子へ送信される制御信号によって実行され、これは分岐選択制御線路410,420,430,440,450,460,グループ選択制御線路510,520,ストップスイッチ制御線路530、充電スイッチ制御線路540,放電スイッチ制御線路550,および制御線路560を介して行われる。その一方、詳細領域Aの測定点600,610,620,630,640,650で得たセンサ信号があり、これらは活動化集積回路Eにセンサ線路700,710,720,730,740,750を介して伝送される。
【0066】
これらの制御線路は、トランジスタのベースに電圧を加えるためないしは加えないために使用され、これによって圧電素子10,20,30,40,50または60が選択されて、単一またはいくつかの圧電素子10,20,30,40,50,60の充電または放電プロシージャが実行される。ここでこれは相応するスイッチを上記のように開閉することによって行われる。これらのセンサ信号は殊に、圧電素子10,20および30、ないしは40,50および60の結果的に得られる電圧を測定点600ないしは610からそれぞれ決定するため、ならびに充電および放電電流を測定点620から決定するために使用される。制御ユニットDおよび活動化集積回路Eは、これらの2つの種類の信号を結合するために使用され、これにより、以下で図4および6を参照して詳しく説明するように両者の相互作用が行われる。
【0067】
図4に示したように、制御ユニットDと活動化集積回路Eとはパラレルバス840により、また付加的にシリアルバス850により相互に接続されている。パラレルバス840は殊に制御信号を制御ユニットDから活動化集積回路Eに高速に伝送するために使用され、これに対してシリアルバス850は比較的遅いデータ伝送に使用される。
【0068】
図6にはいくつかのコンポーネントが示されており、これらは活動化集積回路Eを構成している。これらは論理回路800,RAMメモリ810,デジタルアナログ変換器システム820、および比較器システム830である。さらに示されているのは、高速のパラレルバス840(制御信号のために使用される)が活動化集積回路Eの論理回路800に接続されており、これに対して比較的遅いシリアルバス850がRAMメモリ810に接続されていることである。論理回路800は、RAMメモリ810と、比較器システム830と、信号線路410,420,430,440,450および460;510および520;530;540,550および560とに接続されている。RAMメモリ810は、論理回路800にも、デジタルアナログ変換器システム820にも接続されている。デジタルアナログ変換器システム820はさらに比較器システム830に接続されている。比較器システム830は、さらにセンサ線路700および710;720;730,740および750に、また(すでに述べたように)論理回路800に接続されている。
【0069】
上に挙げたコンポーネントは充電プロシージャにおいて例えば以下のように使用することができる:
制御ユニットDによって圧電素子10,20,30,40,50または60が決定され、これが所定の目標電圧にまで充電される。このためにまず目標電圧の値が(デジタルの数によって表される)がRAMメモリ810に比較的遅いシリアルバス850を介して伝送される。この目標電圧は、図2に関連して上で示した例えば主噴射に使用されるUoptに対する値とすることができる。この後または同時に、選択すべき圧電素子10,20,30,40,50または60に相応する符号と、RAMメモリ810内の所望電圧のアドレスとが、論理回路800にパラレルバス840を介して伝送される。この後、ストローブ信号が論理回路800にパラレルバス840を介して送信され、これによって充電プロシージャに対するスタート信号が得られる。
【0070】
このスタート信号によってまず論理回路800は、目標電圧のデジタル値をRAMメモリ810から取り出し、それをデジタルアナログ変換器システム820に供給する。ここで変換器820の1アナログ出力側に所望の電圧が発生する。さらに(図示しない)このアナログ出力側は比較器システム830に接続されている。これに加えて論理回路800は、(第1グループG1の圧電素子10,20または30のうちの任意の圧電素子に対する)測定点600か、または(第2グループG2の圧電素子40,50または60のうちの任意の圧電素子に対する)測定点610のいずれか一方を比較器システム830に対して選択する。この結果、選択した圧電素子10,20,30,40,50または60における目標電圧と、目下の電圧とが比較しシステム830によって比較される。この比較の結果、すなわち目標電圧と目下の電圧との差分は、論理回路800に伝送される。ここで目標電圧と目下の電圧とが相互に等しくなると、直ちに論理回路800によってこのプロシージャを停止することができる。
【0071】
つぎに論理回路800は、制御信号を、選択される任意の圧電素子10,20,30,40,50または60に対応する分岐選択スイッチ11,21,31,41,51または61に供給する。これによってこのスイッチが閉じる(ここで説明する実施例では、すべての分岐選択スイッチ11,21,31,41,51および61は、充電プロシージャがオンにセットされる前、開いている状態にあるとする)。つぎに論理回路800は制御信号を充電スイッチ220に供給し、これによってこのスイッチが閉じる。さらに論理回路800は測定点620に発生する任意の電流の測定を開始(または継続)する。ここでこの測定電流と、所定の任意の最大値とが比較器システム830によって比較される。検出した電流が所定の最大値に達すると直ちに論理回路800は充電スイッチ220を再度開く。
【0072】
再度、測定点620に残る電流が検出されて所定の任意の最小値と比較される。この所定の最小値に達すると直ちに、論理回路800は充電スイッチ220を再度閉じ、プロシージャが再スタートされる。
【0073】
充電スイッチ220の開閉は、測定点600または610で検出される電圧が目標電圧を下回っている限り繰り返される。この目標電圧に達すると直ちに論理回路はこのプロシージャの継続を停止する。
【0074】
放電プロシージャも相応に行われる。すなわち圧電素子10,20,30,40,50または60の選択が、グループ選択スイッチ310ないしは320によって行われ、放電スイッチ230が充電スイッチ220に代わって開閉され、所定の最小目標電圧が達成される。
【0075】
充電および放電動作のタイミングおよび圧電素子10,20,30,40,50または60における電圧レベルのホールド、例えば主噴射の時間は、例えば図3に示したように弁のストロークに従わせることができる。
【0076】
充電または放電プロシージャの実行の仕方についての上の説明は、単なる例であると理解されたい。したがって上記の回路または別の回路を利用する別の任意のプロシージャが所望の任意の目的に適合することができ、相応する任意のプロシージャを上に説明した例の代わりに使用することができる。
【0077】
図7は、燃焼機関2505を制御するための構成を示している。この構成には、基本電圧計算ユニット2500が含まれており、これは図7の詳細領域Aに含まれる回路の圧電素子10,20,30,40,50および60に加えられる基本電圧を計算する。この詳細領域Aは図4にも示されている。基本電圧計算ユニット2500は、基本電圧を燃料噴射システムの加圧された燃料供給線路における圧力prailに依存して計算する。有利な実施形態ではこの基本電圧は、第1補正ブロック2501を介し、温度補正値KTを使用して補正される。第1補正ブロック2501からの出力は補正された基本電圧である。この補正された基本電圧は、有利には第2ないしは後続の補正ブロック2502によって、老朽化補正値KAを使用して補正される。第1および第2補正ブロック2501および2502は有利には乗算器であり、すなわち基本値は温度補正値KTによって乗算され、その出力が第2ないしは後続の補正ブロック2502に入力され、老朽化補正値KAによって乗算される。第2ないしは後続の補正ブロック2502の出力は有利にはさらに第3ないしは後続の補正ブロック2503を介し、オンライン補正値KOを使用して補正される。第3ないしは後続の補正ブロック2503は有利には加算器として実現され、すなわちオンライン補正値KOは有利には第2ないしは後続の補正ブロック2502の出力に加算される。第3ないしは後続の補正ブロック2503の出力は有利には電圧および電圧勾配制御器2504を介して供給される。
【0078】
基本電圧計算ユニット2500と、補正ブロック2501,2052および2503と、電圧および電圧勾配制御器2504とは、図4のDにユニットとして実現されたソフトウェアモジュールである。
【0079】
さらに電圧および電圧勾配制御器2504は、活動化集積回路Eにシリアルバス850を介して接続されている。この活動化集積回路Eおよび詳細領域Aは、センサ線路700,710,720,730,740,750と、信号線路410,420,430,440,450,460および510,520,530,540,550,560とによって相互に接続されている。燃焼機関2505への燃料噴射は、図4に示した詳細領域Aの回路内の圧電素子10,20,30,40,50および60を介して制御される。燃焼機関2505の回転速度は、測定されて燃料補正ユニット2506に供給される。燃料補正ユニット2506は、回転速度の周波数を評価する周波数アナライザを含む。燃料補正ユニット2506は、燃料補正値ΔmEをこの周波数アナライズに基づき、この燃焼機関2505の個別のシリンダに対して計算する。
【0080】
図6に示した構成はまた、所望の燃料体積mEを計算する燃料体積計算ユニット2507を含んでいる。この所望の燃料体積と、燃料体積補正値ΔmEとは加算器2508を介して加算される。所望の燃料体積mEと燃料体積補正値ΔmEとの和は、燃料計量ユニット2509に供給される。この燃料計量ユニットは、圧電素子10,20,30,40,50および60に電圧を供給する時間と、燃料を燃焼機関2505に噴射する時間(長さおよび時点)とを計算する。燃料補正ユニット2506,加算器2508,燃料体積計算ユニット2507および燃料計量ユニットは、制御ユニットDに実現されている。いつ電圧を圧電素子10,20,30,40,50および60に供給し、これによって燃料を燃焼機関2505に噴射すべきかをシグナリングする時間信号は、活動化集積回路Eにパラレルバス840を介して伝送される。
【0081】
オンライン補正値KOは、オンライン最適化ユニット2510によって計算される。オンライン最適化ユニット2510は、オンライン補正値KOを、燃料補正ユニット2506によって計算された燃料補正値ΔmEに基づいて個別のシリンダに対して計算する。
【0082】
要約すると、図2において、最適な活動化電圧は固定の時間における最大体積流に相応するものとして示されている。換言すると、弁が正確に2つの座の中間位置(すなわち図1の第1閉位置2040と第2閉位置2030の間)に位置付けられている場合、噴射エレメント全体の挙動が最適化されている。実際、圧電素子の性能が、例えば老朽化または製造び偏差のような要因に起因して変化する場合、上記の電圧を使用してこの弁を最適位置に位置付けることはできない。したがってアクチュエータの挙動における変化、殊にその寿命に対処するためにこの電圧を調整しなければならない。
【0083】
さらにUopt値は、マルチレイヤの圧電素子においては層厚または層の数の変化(バッチ変動 batch variation)に起因して変化することがある。バッチ変化の不利な影響は殊に予備噴射段階のような少量の噴射において顕著である。したがって本発明の1実施形態では、補償ユニット(例えば図7の2502)を設けることができ、これによって圧電素子の移動量におけるバッチ変動が補償され、燃料/空気混合気が正確に調量されるようにする。本発明の別の実施形態では、制御ユニットはこの機能を前提にすることができる。
【0084】
移動量における上記の偏差の補償においてつぎの数式(1)のようになる:
hactual=nactual・d33・Unorm
(1)
数式(1)において、nactualは、マルチレイヤ圧電素子の層の数であり、d33は圧電係数であり、Unormは任意の補正を行う前に加えられる電圧であり、hactualは、圧電素子が移動したリフト距離であり、かつ圧電素子を製造プロセスの一部として製造した後、直接測定することができる。リフト(hactual)に対して全範囲のデータを電圧の関数として得ることもできるが、不要となる得る測定値を繰り返してとらなばならないことになる。したがってこの測定に対して最大電圧Umaxに対するリフトだけを測定することができる。すなわちこの測定に対してだけUnormがUmaxに等しくなる。別のすべての応用に対してUnormは、補正値をなんら考慮しない所定のリフトに対する目標電圧として、理想的な圧電素子に加えられる電圧と考えられる。
【0085】
数式(1)によって電圧に対する電圧補正ファクタKがつぎのように得られる:
K=hnorm/hactual
(2)
数式(2)ではhnormは、圧電素子の所定の電圧における標準的な移動量を表す。この値は所定の電圧における圧電素子の予想される移動量を表す。
【0086】
したがって、電圧Uに対してつぎが成り立ち、これは層の数の変動または圧電係数d33における差分を補正する:
U=f1(K)・Unorm (3)
同様に、層厚の変動に対する補償において、補正された電荷値(Q)がつぎのように決定される:
hactual=dactual・(1/A)・(d33/ε33・ε0)・Qnorm (4)
数式(4)は、測定される移動量のスタート値に対して成り立ち、ここでdactualは既存の平均層厚であり、Qnormは、製造に起因する障害または別の任意の異常のない理想的な圧電素子に所定の動作に対して発生する電荷であり、Aはマルチレイヤアクチュエータの有効領域であり、ε33は誘電係数である。ε0は理想的な圧電素子の誘電係数である。
【0087】
したがってhactualはまたQの1次関数でもある。
【0088】
数式(4)によって電荷補正ファクタKQ=Kが数式(2)と同様に得られる:
K=hnorm/hactual (5)
最後につぎの式が層厚における変動を補償する電荷Qに対して成り立つ:
Q=f2(K)・Qnorm (6)
したがって本発明の1実施形態において、アクチュエータが所定の電圧で充電されるか、または所定の電荷で充電されるかに関わらず同じ補正ファクタを使用することができる。
【0089】
有利には測定される補正ファクタは、個別のアクチュエータに対して測定されて制御ユニットに記憶される。例えばこれは制御ユニットのEEPROM内で実現可能である。ここで実施したように、対応する補正ファクタをテストのためにEEPROMから読み出すことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】圧電素子をアクチュエータとして使用する燃料噴射システムの概略図である。
【図2】活動化電圧と噴射される燃料体積との間の関係を固定の期間において複動式制御弁の例に対して示す線図である。
【図3】例示的な制御弁ストロークの概略プロフィールと、相応するノズルニードルリフトとを複動式制御弁の例に対して示す図である。
【図4】本発明を実現することのできる装置の例示的な実施形態のブロック回路図である。
【図5a】図4の回路において第1充電フェーズ(充電スイッチ220は閉じられている)中に発生する状況を説明する図である。
【図5b】図4の回路において第2充電フェーズ(充電スイッチ220は再度開かれている)中に発生する状況を説明する図である。
【図5c】図4の回路において第3充電フェーズ(放電スイッチ230は閉じられている)中に発生する状況を説明する図である。
【図5d】図4の回路において第4充電フェーズ(放電スイッチ230は再度開かれている)中に発生する状況を説明する図である。
【図6】同様に図4に示されている活動化集積回路Eのコンポーネントを示す図である。
【図7】燃焼機関を制御するための1構成を概略的に示す図である。
Claims (13)
- 圧電素子(10,20,30,40,50または60)を充電するための装置において、
前記圧電素子(10,20,30,40,50または60)を駆動するための活動化電圧および活動化電荷値がオンラインで制御ユニット(D)により制御され、
該制御ユニット(D)によって、活動化電圧(U)と活動化電荷値とが調整され、これにより、圧電素子(10,20,30,40,50または60)の層厚または層の数の変化によって発生した偏差が補償され、
前記制御ユニット(D)によって、前記の活動化電圧値と活動化電荷値とがそれぞれ、圧電素子(10,20,30,40,50または60)の補正ファクタの関数として決定され、
該補正ファクタは、圧電素子(10,20,30,40,50または60)の通常移動距離が、圧電素子(10,20,30,40,50または60)のそれぞれの実際移動距離で除算されることによって得られることを特徴とする、
圧電素子(10,20,30,40,50または60)を充電するための装置。 - 前記圧電素子(10,20,30,40,50または60)は燃料噴射システムにおけるアクチュエータである、
請求項1に記載の装置。 - 前記制御ユニット(D)によって、前記の活動化電圧値と活動化電荷値とがそれぞれ、さらに圧電素子(10,20,30,40,50または60)の通常電圧、通常電荷の関数として決定される、
請求項1または2に記載の装置。 - 前記制御ユニット(D)によって補正ファクタが温度の関数として決定される、
請求項1から3までのいずれか1項に記載の装置。 - 前記の通常移動距離およびそれぞれの実際移動距離は、同じ温度で測定される、
請求項1に記載の装置。 - 圧電素子(10,20,30,40,50または60)を充電する方法において、
圧電素子(10,20,30,40,50または60)の活動化電圧(U)に対する値と、活動化電荷に対する値とについて充電の前に決定を行い、ここで当該決定は、圧電素子(10,20,30,40,50または60)の移動量におけるバッチ変動の関数として行われ、
前記の活動化電圧および活動化電荷値はそれぞれ、圧電素子(10,20,30,40,50または60)の補正ファクタの関数であり、
制御ユニット(D)によって補正ファクタを決定し、該補正ファクタは、圧電素子(10,20,30,40,50または60)の通常移動距離を、圧電素子(10,20,30,40,50または60)のそれぞれの実際移動距離によって除算することによって得られること特徴とする、
圧電素子(10,20,30,40,50または60)を充電する方法。 - 前記圧電素子(10,20,30,40,50または60)は燃料噴射システムにおけるアクチュエータである、
請求項6の記載の方法。 - 前記の活動化電圧および活動化電荷値はさらにそれぞれ、圧電素子(10,20,30,40,50または60)の通常電圧および圧電素子(10,20,30,40,50または60)の通常電荷の関数である、
請求項6または7に記載の方法。 - 前記制御ユニットは、前記補正ファクタを温度の関数として決定する、
請求項6から8までのいずれか1項に記載の方法。 - 前記の通常移動距離およびそれぞれの実際移動距離を同じ温度で測定する、
請求項6に記載の方法。 - 前記補正ファクタを製造プロセスの一部として測定する、
請求項6から10までのいずれか1項に記載の方法。 - 前記の圧電素子が設けられたアクチュエータを有する燃焼機関の各シリンダに対して前記補正ファクタを前記制御ユニット(D)のEEPROM内に記憶する、
請求項6から11までのいずれか1項に記載の方法。 - 前記補正ファクタをテストのために前記EEPROMから読み出す、
請求項12に記載の方法。
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US4593658A (en) * | 1984-05-01 | 1986-06-10 | Moloney Paul J | Valve operating mechanism for internal combustion and like-valved engines |
JPS61285082A (ja) * | 1985-06-10 | 1986-12-15 | Toshiba Corp | 圧電型駆動装置 |
JPS63130356A (ja) * | 1986-11-20 | 1988-06-02 | Brother Ind Ltd | 圧電素子駆動装置 |
JPH0783621B2 (ja) * | 1986-12-25 | 1995-09-06 | 東芝機械株式会社 | 圧電アクチュエ−タの制御回路 |
JPH07106638B2 (ja) * | 1987-02-19 | 1995-11-15 | ブラザー工業株式会社 | 圧電素子駆動回路 |
US5057734A (en) | 1988-11-30 | 1991-10-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Apparatus for driving piezoelectric element for closing and opening valve member |
JP2536114B2 (ja) * | 1989-01-18 | 1996-09-18 | トヨタ自動車株式会社 | 圧電素子の駆動装置 |
US5969464A (en) * | 1989-04-18 | 1999-10-19 | Minolta Co., Ltd. | Drive device using electromechanical transducer and an apparatus employing the drive device |
JPH0338077A (ja) * | 1989-07-05 | 1991-02-19 | Nippondenso Co Ltd | 圧電アクチュエータ用制御装置 |
WO2004081684A1 (ja) * | 1991-11-29 | 2004-09-23 | Ryuji Takada | 圧電素子の駆動方法及び装置並びに微動機構の制御装置 |
JPH05243633A (ja) * | 1992-02-28 | 1993-09-21 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 積層圧電アクチュエータ装置 |
JPH0662585A (ja) * | 1992-08-04 | 1994-03-04 | Fujitsu Ltd | 圧電素子駆動回路 |
JPH06114595A (ja) * | 1992-10-05 | 1994-04-26 | Omron Corp | プレス装置のストローク制御装置 |
JP3092411B2 (ja) * | 1993-09-29 | 2000-09-25 | トヨタ自動車株式会社 | 圧電素子駆動装置 |
WO1997020136A1 (en) * | 1995-11-27 | 1997-06-05 | Siemens Automotive Corporation | Bar coding for fuel injector performance data |
US5575264A (en) * | 1995-12-22 | 1996-11-19 | Siemens Automotive Corporation | Using EEPROM technology in carrying performance data with a fuel injector |
DE19652807C2 (de) * | 1996-12-18 | 2002-08-29 | 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 |
DE19729844A1 (de) | 1997-07-11 | 1999-01-14 | Bosch Gmbh Robert | Kraftstoffeinspritzvorrichtung |
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DE19805184A1 (de) * | 1998-02-10 | 1999-08-12 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln der Temperatur eines piezoelektrischen Elements |
DE19854789A1 (de) * | 1998-02-10 | 1999-08-12 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und Vorrichtung zum Laden und Entladen eines piezoelektrischen Elements |
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DE19845037C2 (de) * | 1998-09-30 | 2000-11-30 | Siemens Ag | Verfahren und Anordnung zum Ansteuern eines kapazitiven Aktors |
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