JPH01264575A - Driver device for piezoelectric element - Google Patents

Driver device for piezoelectric element

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Publication number
JPH01264575A
JPH01264575A JP63089272A JP8927288A JPH01264575A JP H01264575 A JPH01264575 A JP H01264575A JP 63089272 A JP63089272 A JP 63089272A JP 8927288 A JP8927288 A JP 8927288A JP H01264575 A JPH01264575 A JP H01264575A
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JP
Japan
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piezoelectric element
voltage
circuit
fuel injection
switching element
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JP63089272A
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Japanese (ja)
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Masaki Mitsuyasu
正記 光安
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/06Drive circuits; Control arrangements or methods
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    • H02N2/065Large signal circuits, e.g. final stages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/21Fuel-injection apparatus with piezoelectric or magnetostrictive elements

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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve reliability by providing a driver circuit with a detecting means detecting the quantity of charges charged to a piezoelectric element and controlling the output voltage of the driver circuit in response to the detection of the detecting means. CONSTITUTION:A piezoelectric element 10 is used for a fuel injection valve for an internal combustion engine, and injects fuel into a combustion chamber. The element 10 is connected to a variable voltage power 40 by a charging circuit including a first switching element 42 composed of a thyristor and a first coil 44 in a drive for the piezoelectric element 10. The first coil 44 forms a resonance circuit to the capacity of the piezoelectric element 10, and generates resonance currents. A capacitor 46 for detecting voltage is arranged in series with the piezoelectric element 10 to the charging circuit, and a voltage detecting means 48 is provided. A discharge circuit is formed to the piezoelectric element 10, and said circuit is constituted of a second switching element 50 consisting of a thyristor and a second capacitor 52 for resonance. The first and second switching elements 42, 50 are trigger-controlled by a trigger circuit 54 by a controller 56.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は機械装置等のアクチュエータとして使用可能な
圧電素子の駆動装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a drive device for a piezoelectric element that can be used as an actuator for mechanical devices and the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

圧電素子は印加した電圧に応答性よく伸縮する特性を有
するので高速作動型のアクチュエータとして使用するの
に適している。このような圧電素子を例えば内燃機関の
燃料噴射装置に使用することが提案されており、例えば
特開昭6(1−237869号公報はこのような圧電素
子を燃料噴射弁のアクチュエータとして使用することを
記載している。この公報の特徴は圧電素子駆動装置にあ
り、定電圧電源とスイッチング素子とを用いて圧電素子
に交互に充電と放電とを行わせるようにしたものである
。圧電素子は充電した状態のときに伸び、放電するとき
に縮むのでスイッチング素子の開閉制御によって圧電素
子によって構成されたアクチュエータの作動を制御する
ことができる。また、定電圧電源で駆動される圧電素子
の変位量は温度によって変わることが認識されており、
例えば特開昭60−1877号公報はこれを補正するた
めに変位量が温度に関して増加関数的に変化する圧電素
子と変位中が温度に関して減少関数的に変化する圧電素
子とを組み合わせて使用することを開示している。
Piezoelectric elements have the property of expanding and contracting in response to applied voltage, and are therefore suitable for use as high-speed actuators. It has been proposed to use such a piezoelectric element in, for example, a fuel injection device for an internal combustion engine. The feature of this publication is the piezoelectric element drive device, which uses a constant voltage power source and a switching element to charge and discharge the piezoelectric element alternately.The piezoelectric element is Since it expands when it is charged and contracts when it is discharged, the operation of the actuator composed of the piezoelectric element can be controlled by controlling the opening and closing of the switching element.Also, the amount of displacement of the piezoelectric element driven by a constant voltage power supply can be controlled by controlling the opening and closing of the switching element. is recognized to vary with temperature,
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1877-1989 discloses that in order to correct this, a piezoelectric element whose displacement changes in an increasing function with respect to temperature and a piezoelectric element whose displacement changes in a decreasing function with respect to temperature are used in combination. is disclosed.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

圧電素子をアクチュエータとして使用する場合、多数個
の薄板状の圧電素子を軸線方向に積層して1個のピスト
ン状の積層対ユニットに形成することが多い。従って、
上記したように温度特性の相違する薄板状の圧電素子を
組み合わせる(積層する)ことは容易であり、よって温
度によって変化する圧電素子の変位量を補正することが
できる。
When a piezoelectric element is used as an actuator, a large number of thin plate-shaped piezoelectric elements are often stacked in the axial direction to form one piston-shaped stacked pair unit. Therefore,
As described above, it is easy to combine (laminate) thin plate-shaped piezoelectric elements having different temperature characteristics, and therefore it is possible to correct the amount of displacement of the piezoelectric elements that changes depending on the temperature.

しかしながら、実際に、温度に関して増加関数的(現数
関数的)に変化する一定の温度特性の薄板状の圧電素子
を準備し、且つ組分けして管理し、且つこれを組み合わ
せることはかなり難しく、得られた製品のバラツキが大
きくなるという問題がある。
However, in reality, it is quite difficult to prepare thin plate-shaped piezoelectric elements with constant temperature characteristics that change in an increasing function (current function) with respect to temperature, manage them in groups, and combine them. There is a problem in that the resulting products vary widely.

本発明は、圧電素子の温度による変位量の変化が圧電素
子の温度による内部容量値の変化に起因することに着目
し、圧電素子の充電電荷量を検出することによって圧電
素子の変位量を一定に維持することができる圧電素子駆
動装置を提供せんとするものである。
The present invention focuses on the fact that changes in the amount of displacement due to temperature of a piezoelectric element are caused by changes in internal capacitance value due to temperature of the piezoelectric element, and the amount of displacement of the piezoelectric element is kept constant by detecting the amount of charge charged in the piezoelectric element. It is an object of the present invention to provide a piezoelectric element driving device that can maintain the following characteristics.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明による圧電素子駆動装置は、圧電素子に駆動電圧
を印加するための可変電圧電源と、該圧電素子と該可変
電圧電源との間に配置されるスイッチング素子と、該圧
電素子の充電電荷量を検出する検出手段と、該検出手段
の出力に応じて前記可変電圧電源の出力電圧を制御する
制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
A piezoelectric element driving device according to the present invention includes a variable voltage power source for applying a driving voltage to a piezoelectric element, a switching element disposed between the piezoelectric element and the variable voltage power source, and a charge amount of the piezoelectric element. The present invention is characterized by comprising a detection means for detecting the voltage, and a control means for controlling the output voltage of the variable voltage power supply according to the output of the detection means.

〔作 用〕[For production]

圧電素子の充電電荷量を検出する検出手段の出力によっ
て圧電素子の使用状態における内部容量値を推定する。
The internal capacitance value of the piezoelectric element in the usage state is estimated based on the output of the detection means that detects the amount of charge charged in the piezoelectric element.

内部容量値が分れば、可変電圧電源の出力電圧を圧電素
子の一定の変位量を得るように制御する。
Once the internal capacitance value is known, the output voltage of the variable voltage power source is controlled to obtain a constant displacement amount of the piezoelectric element.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照して実施例について説明する。 Examples will be described below with reference to the drawings.

第1図に略図的に示される圧電素子10は、例えば第2
図に示されるような内燃機関の燃料噴射弁12に使用さ
れることができる。燃料噴射弁12は一端に噴射口14
を設けたハウジング16からなり、ハウジング16内に
は、噴射口14を開閉することのできるニードル弁18
が配置されている。燃料通路20が噴射口14に連通可
能に設けられる。この燃料通路20は外部の燃料供給源
(図示せず)に連結され、この燃料供給源が一定の高圧
で燃料を供給することができるようになっている。従っ
て、ニードル弁18が噴射口14を開放すると、燃料が
供給された高圧で燃焼室に噴射されることになる。
The piezoelectric element 10 schematically shown in FIG.
It can be used in a fuel injection valve 12 of an internal combustion engine as shown in the figure. The fuel injection valve 12 has an injection port 14 at one end.
The housing 16 includes a needle valve 18 that can open and close the injection port 14.
is located. A fuel passage 20 is provided to communicate with the injection port 14 . The fuel passage 20 is connected to an external fuel supply source (not shown) so that the fuel supply source can supply fuel at a constant high pressure. Therefore, when the needle valve 18 opens the injection port 14, the fuel is injected into the combustion chamber at high pressure.

ハウジング16にはシリンダ22が形成される。A cylinder 22 is formed in the housing 16 .

ニードル弁18の上端部は直径が大きくなっていてシリ
ンダ22と摺動可能なピストン24となっている。なお
、ニードル弁18とピストン22とは別封として形成さ
れて、相互に適切に連結されるようにすることもできる
The upper end of the needle valve 18 has a larger diameter and forms a piston 24 that is slidable on a cylinder 22. It should be noted that the needle valve 18 and the piston 22 may be formed as separate seals and can be appropriately connected to each other.

圧電素子10は多数個の薄板状の圧電素子を軸線方向に
積層して1個のピストン状の積層対ユニットとして形成
したものであり、上下のキャップ26.28の間で支持
されるようになっている。上方のキャップ26はハウジ
ング16の上部壁に当接し、下方のキャップ28はシリ
ンダ22と摺動可能である。即ち、圧電素子10は電圧
の供給に応じて伸縮するときに下方のキャップ28を移
動させることができる。圧電素子10に駆動電圧を供給
するために、リード線30.32が設けられる。
The piezoelectric element 10 is formed by laminating a large number of thin plate-shaped piezoelectric elements in the axial direction to form one piston-shaped laminated pair unit, and is supported between upper and lower caps 26 and 28. ing. The upper cap 26 abuts the upper wall of the housing 16 and the lower cap 28 is slidable with the cylinder 22. That is, the piezoelectric element 10 can move the lower cap 28 when it expands and contracts in response to voltage supply. Lead wires 30, 32 are provided for supplying drive voltage to the piezoelectric element 10.

シリンダ22内では、ピストン24と下方のキャップ2
8との間に油圧室34が形成される。また、ピストン2
4の下側には復帰用の皿ばね36が配置される。従って
、圧電素子10が高電圧を受けて伸びるときに下方のキ
ャップ28及び油圧室34内の作動油を介してピストン
24を押し、よってニードル弁18を閉弁させる。また
、圧電素子10がO又はマイナスの電圧を受けて縮むと
きに皿ばね36のはね力によってピストン24を押上げ
、よってニードル弁18を開弁させることができる。
Inside the cylinder 22, a piston 24 and a lower cap 2
A hydraulic chamber 34 is formed between the cylinder 8 and the cylinder 8. Also, piston 2
A disc spring 36 for return is disposed below 4. Therefore, when the piezoelectric element 10 expands in response to high voltage, it pushes the piston 24 through the lower cap 28 and the hydraulic fluid in the hydraulic chamber 34, thereby closing the needle valve 18. Further, when the piezoelectric element 10 contracts in response to an O or negative voltage, the piston 24 is pushed up by the spring force of the disc spring 36, thereby opening the needle valve 18.

第1図を参照すると、圧電素子10に駆動電圧を印加す
るために可変電圧電源4oが設けられる。
Referring to FIG. 1, a variable voltage power source 4o is provided to apply a driving voltage to the piezoelectric element 10.

圧電素子10はサイリスクからなる第1のスイッチング
素子42と第1のコイル44とを含む充電回路によって
可変電圧電源40に接続される。この充電回路において
、第1のスイッチング素子42及び第1のコイル44は
圧電素子10よりも可変電圧電源40のプラス側にあり
、第1のスイッチング素子42をオンにする(ゲートに
トリガをかける)ときに矢印Aの方向に電流が流れるよ
うに配置される。第1のコイル44は圧電素子10の保
有する容量に対して共振回路を形成するためのものであ
り、正弦波の共振電流を発生する。
The piezoelectric element 10 is connected to a variable voltage power supply 40 by a charging circuit including a first switching element 42 made of Cyrisk and a first coil 44. In this charging circuit, the first switching element 42 and the first coil 44 are on the positive side of the variable voltage power supply 40 than the piezoelectric element 10, and turn on the first switching element 42 (applying a trigger to the gate). They are arranged so that current flows in the direction of arrow A. The first coil 44 is for forming a resonant circuit for the capacitance of the piezoelectric element 10, and generates a sine wave resonant current.

この正弦波の共振電流は第1のスイッチング素子42を
オンにしたときにOからプラス側になり、プラス側のピ
ークを過ぎて再び0になるときに第1のスイッチング素
子42がオフになる。従って、このときに圧電素子10
の保有する容量に電荷が充電された状態になる。
This sinusoidal resonant current changes from 0 to the positive side when the first switching element 42 is turned on, and when it passes the peak on the positive side and becomes 0 again, the first switching element 42 is turned off. Therefore, at this time, the piezoelectric element 10
The capacitance held by is charged with electric charge.

充電回路において、圧電素子10と直列に電圧検出用コ
ンデンサ46が配置されている。電圧検出手段48が電
圧検出用コンデンサ46の前後の位置に連結され、電圧
の変化を読みとっている。
In the charging circuit, a voltage detection capacitor 46 is arranged in series with the piezoelectric element 10. Voltage detection means 48 are connected at positions before and after the voltage detection capacitor 46, and read changes in voltage.

電圧検出用コンデンサ46は圧電素子10の容量に対し
て一定の関係にあるので、従って、電圧検出手段48は
圧電素子10の前後の電圧を検出していることになる。
Since the voltage detection capacitor 46 has a fixed relationship with the capacitance of the piezoelectric element 10, the voltage detection means 48 therefore detects the voltage across the piezoelectric element 10.

電荷の充電量は電圧と容量値との積であり、圧電素子1
0の容量値は一定であるので電圧を知れば充電量を知る
ことになる。
The amount of charge is the product of voltage and capacitance value, and piezoelectric element 1
Since the capacitance value of 0 is constant, if you know the voltage, you can know the amount of charge.

さらに、圧電素子10に対して放電回路が形成される。Furthermore, a discharge circuit is formed for the piezoelectric element 10.

この放電回路には、サイリスクからなる第2のスイッチ
ング素子50と共振用の第2のコイル52が配置される
。第2のスイッチング素子50は矢印Bの方向に放電電
流を流すように配置される。第2のスイッチング素子5
0をオンにすると、圧電素子10に充電されていた電荷
が放電し、第2のコイル52を通って共振電流が流れる
A second switching element 50 made of Cyrisk and a second resonance coil 52 are arranged in this discharge circuit. The second switching element 50 is arranged so that a discharge current flows in the direction of arrow B. Second switching element 5
When 0 is turned on, the charge stored in the piezoelectric element 10 is discharged, and a resonant current flows through the second coil 52.

この場合にも、共振電流が正弦波の1山分流れた点で第
2のスイッチング素子50がオフになる。
Also in this case, the second switching element 50 is turned off at the point where the resonant current flows by one peak of the sine wave.

第1のスイッチング素子42及び第2のスイッチング素
子50はトリガ回路54からトリガ電流を供給される。
The first switching element 42 and the second switching element 50 are supplied with a trigger current from a trigger circuit 54.

そして、制御装置(εC1) 56が設けられる。この
制御装置5Gは例えば内燃機関の回転数や負荷等を検出
するセンサからの信号a・b等を受けてトリガ回路54
に制御信号を送るとともに、電圧検出手段48の検出信
号を受けて可変電圧電源40に制御信号を送り、圧電素
子10の充電電荷量に応じてその駆動電圧をフィードバ
ック制御できるようになっている。
A control device (εC1) 56 is provided. This control device 5G receives signals a, b, etc. from a sensor that detects, for example, the rotation speed and load of the internal combustion engine, and causes a trigger circuit 54 to
At the same time, a control signal is sent to the variable voltage power source 40 in response to a detection signal from the voltage detection means 48, so that the drive voltage of the piezoelectric element 10 can be feedback-controlled in accordance with the amount of charge charged in the piezoelectric element 10.

制御装置56はマイクロコンピュータとして構成され、
演算と制御の機能を有する公知の中央処理装置(CP 
U)と、プログラムを記憶させたリードオンメモリ (
ROM>と、データ等を記憶させるランダムアクセスメ
モリ (RAM) 七を備えたものとすることができる
The control device 56 is configured as a microcomputer,
A known central processing unit (CP) with calculation and control functions
U) and the read-on memory that stores the program (
ROM> and random access memory (RAM) 7 for storing data and the like.

第3図は圧電素子10を第2図の燃料噴射弁12のアク
チュエータとして使用した場合の制御装置56によって
所定の時間間隔で実施される燃料噴射制御を示すフロー
チャートである。第4図は電圧検出手段48の検出信号
を受けて可変電圧電源40の駆動電圧を制御するために
所定の時間間隔で実施されるフローチャートである。第
5図(9ン は第3図及び第4図の作動を説明するためのタイミング
チャートであり、共通の時間軸に対して、トリガ(第1
のスイッチング素子42及び第2のスイッチング素子5
0へのトリガ電流の供給)、VPZT  (圧電素子1
0の端子間電圧)、VC(電圧検出用コンデンサ46の
端子間電圧)を示している。
FIG. 3 is a flowchart showing fuel injection control performed at predetermined time intervals by the control device 56 when the piezoelectric element 10 is used as an actuator for the fuel injection valve 12 shown in FIG. FIG. 4 is a flowchart that is executed at predetermined time intervals in order to control the drive voltage of the variable voltage power supply 40 in response to the detection signal of the voltage detection means 48. Figure 5 (9) is a timing chart for explaining the operation of Figures 3 and 4, with the trigger (first
switching element 42 and second switching element 5
0), VPZT (piezoelectric element 1
0) and VC (voltage between the terminals of the voltage detection capacitor 46).

第3図を参照すると、ステップ60において、内燃機関
の回転数や負荷等を検出するセンサからの信号a、b等
を基に燃料噴射時期を求め、イエスであればステップ6
1に進んで、燃料噴射処理を行う。この場合、ステップ
60の燃料噴射時期は、燃料噴射開始時期と、燃料噴射
終了時期とによって与えられ、ステップ60で燃料噴射
開始時期が検出されるとステップ61で第2のスイッチ
ング素子50にトリガ電流を供給するようになっている
。これが第5図の時点Aに相当する。第5図の時点Aの
前には、圧電素子10が例えば500ボルトの基準電圧
で充電された状態になっており、第2のスイッチング素
子50をオンにすることによって第1図の放電回路が閉
成されて圧電素子10が放電し、端子間電圧が一200
ボルトになるようになっている。これを第2図の燃料噴
射弁12の作動で見ると、圧電素子10が時点Aの前で
充電されているときには圧電素子10が伸びた状態にな
っており、従ってニードル弁18は閉弁している。圧電
素子10が時点へで放電されると圧電素子10が縮み、
すると前述したようにニードル弁18が開弁する。なお
、第2のスイッチング素子50は放電電流がDになった
ときに自動的にオフになる。
Referring to FIG. 3, in step 60, the fuel injection timing is determined based on signals a, b, etc. from the sensor that detects the rotation speed and load of the internal combustion engine, and if YES, step 6
Proceed to step 1 to perform fuel injection processing. In this case, the fuel injection timing in step 60 is given by the fuel injection start timing and the fuel injection end timing, and when the fuel injection start timing is detected in step 60, the trigger current is applied to the second switching element 50 in step 61. It is designed to supply This corresponds to time A in FIG. Before time A in FIG. 5, the piezoelectric element 10 is charged with a reference voltage of, for example, 500 volts, and the discharging circuit in FIG. 1 is activated by turning on the second switching element 50. When closed, the piezoelectric element 10 discharges, and the voltage between the terminals increases to 1200
It is supposed to be a bolt. Looking at this in the operation of the fuel injection valve 12 in FIG. 2, when the piezoelectric element 10 is charged before time A, the piezoelectric element 10 is in an extended state, and therefore the needle valve 18 is closed. ing. When the piezoelectric element 10 is discharged to a point in time, the piezoelectric element 10 contracts;
Then, the needle valve 18 opens as described above. Note that the second switching element 50 is automatically turned off when the discharge current reaches D.

第3図を参照すると、ステップ60で燃料噴射終了時期
が検出されるとステップ61で第1のスイッチング素子
42にトリガ電流を供給するようになっている。これが
第5図の時点Bに相当する。
Referring to FIG. 3, when the fuel injection end timing is detected in step 60, a trigger current is supplied to the first switching element 42 in step 61. This corresponds to time B in FIG.

すると圧電素子10が充電されて、圧電素子10が伸び
、その結果ニードル弁18は閉弁する。圧電素子10は
次の放電時まで充電された状態で維持される。
Then, the piezoelectric element 10 is charged, the piezoelectric element 10 is expanded, and as a result, the needle valve 18 is closed. The piezoelectric element 10 is maintained in a charged state until the next discharge.

第3図を参照すると、燃料噴射処理の後でステツブ62
に進み、燃料噴射が終了したかどうかを判定する。第5
図の時点已になるとステップ62の判定がイエスになり
、するとステップ63に進んでカウンタCTを所定の値
にセットし、デイレ−フラグf DLYを1にセットす
る。カウンタCT及びデイレ−フラグf DLYは別の
ルーチンで実施されている第4図の電圧制御において使
用されるものである。なお、ステップ60.64でノー
のときには燃料噴射に関する処理はない。
Referring to FIG. 3, after the fuel injection process, step 62
to determine whether fuel injection has ended. Fifth
At the time point shown in the figure, the determination in step 62 becomes YES, and the process proceeds to step 63, where the counter CT is set to a predetermined value and the delay flag f-- DLY is set to 1. The counter CT and the delay flag fDLY are used in the voltage control shown in FIG. 4, which is executed in a separate routine. Note that when the answer in step 60.64 is NO, there is no process related to fuel injection.

第4図を参照すると、電圧制御ルーチンにおいては、ス
テップ70でデイレ−フラグfnLVが1にセットされ
たかどうかを判定し、イエスのとき(第5図の時点B1
又はD)にはステップ71に進む。ステップ71におい
てはカウンタCTを1ずつデクリメントし、ステップ7
2に進んでカウンタCTの内容がOになったかどうかを
判定する。
Referring to FIG. 4, in the voltage control routine, it is determined in step 70 whether the delay flag fnLV is set to 1, and if YES (time B1 in FIG.
Or in D), proceed to step 71. In step 71, the counter CT is decremented by 1, and in step 7
Proceeding to step 2, it is determined whether the contents of the counter CT have become O.

イエスのとき、即ち燃料噴射が終了した後で所定の時間
CT経過したときに(第5図参照)、ステップ73に進
んでデイレ−フラグf。LYを0にリセットする。
When the answer is YES, that is, when a predetermined time CT has elapsed after the end of fuel injection (see FIG. 5), the process advances to step 73 and the delay flag f is set. Reset LY to 0.

そこで、ステップ74に進んで検出電圧V。をA−D変
換して取込む。次にステップ76に進んで、検出電圧V
。が基準電圧VREFと等しいかどうかを判定し、ノー
の場合にはステップ76に進む。なお、ステップ70で
ノーのとき、ステップ72でノーのとき、ステップ75
でノーのときにはステップ79に進んで、それまで記憶
されていた出力すべき電圧V。u7を使用して、可変電
圧電源40を制御する。なお、内燃機関の始動時にはイ
ニシャライズ処理により出力電圧V。UTは基準電圧V
iEpに設定される。
Therefore, the process proceeds to step 74 and the detection voltage V is determined. A-D conversion and import. Next, proceeding to step 76, the detection voltage V
. It is determined whether or not is equal to the reference voltage VREF, and if no, the process proceeds to step 76. Note that if the answer in step 70 is NO, if the answer is NO in step 72, the answer in step 75 is
If the answer is NO, the process proceeds to step 79, where the voltage V to be output that has been stored up to that point is set. U7 is used to control variable voltage power supply 40. Note that when the internal combustion engine is started, the output voltage is V due to initialization processing. UT is the reference voltage V
iEp.

ステップ76においては、検出電圧V。が基準電圧VR
EFよりも大きいかどうかを判定し、イエスであればス
テップ77に進んで出力電圧VOt+TをΔVだけ低下
する方に補正する。また、ノーであればステップ78に
進んで出力電圧V。LITをΔVだけ増加する方に補正
する。最後にステップ79で出力電圧V。LITで可変
電圧電源40を制御する。
In step 76, the detection voltage V is detected. is the reference voltage VR
It is determined whether it is larger than EF, and if YES, the process proceeds to step 77 and the output voltage VOt+T is corrected to decrease by ΔV. If no, the process proceeds to step 78 where the output voltage V is determined. The LIT is corrected to increase by ΔV. Finally, in step 79, the output voltage V is set. The variable voltage power supply 40 is controlled by the LIT.

第5図を参照すると、時点B後の所定の時間CTにおい
て検出電圧V。をサンプリングし、実施例では検出電圧
V。が基準電圧VREF  (5ボルト)よりも高くな
っている。これは圧電素子10の端子間電圧VPZTが
基準電圧(500ボルト)よりも高くなっていることに
対応している。このようなことは、電源の出力電圧を一
定に維持しても圧電素子10の使用条件(周囲条件とし
て燃料噴射弁12の温度変化、及び圧電素子ID自体の
発熱等)の変化等によって生じるものであり、本発明で
は電源の出力電圧をフィードバック制御することによっ
て圧電素子lOの端子間電圧vpztが一定になるよう
にするものである。第5図においては、検出電圧V。が
基準電圧VREF  (5ボルト)よりも高くなってい
るので出力電圧V。LITをΔVだけ低下する方に補正
し、よって次の充電時(時点D)の圧電素子10の端子
間電圧vpzTが基準電圧(500ボルト)に近づくよ
うになっている。
Referring to FIG. 5, the detected voltage V at a predetermined time CT after time B. In the example, the detection voltage V is sampled. is higher than the reference voltage VREF (5 volts). This corresponds to the fact that the voltage VPZT between the terminals of the piezoelectric element 10 is higher than the reference voltage (500 volts). Even if the output voltage of the power supply is maintained constant, such things may occur due to changes in the usage conditions of the piezoelectric element 10 (temperature changes of the fuel injection valve 12 as ambient conditions, heat generation of the piezoelectric element ID itself, etc.). In the present invention, the voltage vpzt between the terminals of the piezoelectric element IO is kept constant by feedback-controlling the output voltage of the power supply. In FIG. 5, the detection voltage V. is higher than the reference voltage VREF (5 volts), so the output voltage V. LIT is corrected to decrease by ΔV, so that the inter-terminal voltage vpzT of the piezoelectric element 10 at the next charging time (time point D) approaches the reference voltage (500 volts).

この実施例においては、検出電圧V。のサンプリングを
燃料噴射から所定の時間CTだけ遅延して行っている。
In this example, the detection voltage V. The sampling is performed with a delay of a predetermined time CT from fuel injection.

これは、充電作用が安定した後でサンプリングを行うの
が目的であり、電圧検出手段48の読み取り作用を遅延
させてもよい。また、第4図のフローチャートでは、検
出電圧V。の取り込みは1度だけ行われるようになって
いるが、次の放電の前の適当な時点までの間に複数個の
サンプリングを行って平均値を求めたり、積分値を求め
たりするようにすることもできる。
The purpose of this is to perform sampling after the charging operation has stabilized, and the reading operation of the voltage detection means 48 may be delayed. In addition, in the flowchart of FIG. 4, the detection voltage V. The data is taken only once, but multiple samples are taken at an appropriate point before the next discharge to calculate the average value or the integral value. You can also do that.

第6図は、圧電素子10の充電電荷量の検出を充電電流
のピーク値を測定することによって実施する第2実施例
を示す図である。圧電素子10の充電及び放電回路は第
1図のものとほぼ同じである。第2実施例においては、
充電電流のピーク値を測定するためのコイル57が第1
の充電回路の共振用コイル44と関連して配置され、ピ
ーク電流ホールド手段57aが圧電素子10の充電中の
電圧に対して共振用コイル44に発生する誘導電流のピ
ークをホールドすることができるようになっている。制
御装置(ECU) 56はピーク電流ホールド手段57
aの信号を受けて可変型圧電#40を制御するとともに
、電流検出終了後にピーク電流ホールド手段57Hにリ
セット信号を送り、燃料噴射毎に新しい検出値を得るよ
うになっている。
FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment in which the amount of charge charged in the piezoelectric element 10 is detected by measuring the peak value of the charging current. The charging and discharging circuit for piezoelectric element 10 is substantially the same as that in FIG. In the second embodiment,
The first coil 57 is for measuring the peak value of the charging current.
The peak current holding means 57a is arranged in relation to the resonant coil 44 of the charging circuit so that the peak current holding means 57a can hold the peak of the induced current generated in the resonant coil 44 with respect to the voltage during charging of the piezoelectric element 10. It has become. Control unit (ECU) 56 is peak current holding means 57
In response to the signal a, the variable piezoelectric #40 is controlled, and after the current detection is completed, a reset signal is sent to the peak current holding means 57H, so that a new detected value is obtained every time fuel is injected.

第7図は第2実施例の作動を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating the operation of the second embodiment.

燃料噴射時期は第1実施例と同様に時点Aと時点Bの間
であり、時点Bにおいて第1のスイッチング素子42が
オンになると、圧電素子10充電が開始される。それと
同時に測定用コイル57に誘導電流が流れ、これがIC
Hで示されている。検出された電流のピークがピーク電
流ホールド手段57aにIPHとして保持される。その
後の時点Qに、ピーク電流ホールド手段57aはリセッ
トされる。
The fuel injection timing is between time A and time B as in the first embodiment, and when the first switching element 42 is turned on at time B, charging of the piezoelectric element 10 is started. At the same time, an induced current flows through the measurement coil 57, and this
It is indicated by H. The peak of the detected current is held as IPH in the peak current holding means 57a. At a subsequent time point Q, the peak current holding means 57a is reset.

第8図は本発明の第3実施例を示し、第2実施例のピー
ク電流ホールド手段57aの代わりに積分手段57bを
設けた例を示す図である。第9図には積分手段57bの
出力力月INTとして示されており、これも測定用コイ
ル57を流れる誘導電流のピークを与えることができる
。測定用コイル57を流れる誘導電流のピーク又は積分
値は充電状態を代表する値であり、ピーク又は積分値を
知ることによって圧電素子10の充電電荷量を知ること
かできる。
FIG. 8 shows a third embodiment of the present invention, in which an integrating means 57b is provided in place of the peak current holding means 57a of the second embodiment. In FIG. 9, the output power of the integrating means 57b is shown as INT, which can also give the peak of the induced current flowing through the measuring coil 57. The peak or integral value of the induced current flowing through the measurement coil 57 is a value representative of the state of charge, and by knowing the peak or integral value, the amount of charge charged in the piezoelectric element 10 can be determined.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以」二説明したように、本発明によれば、圧電素子の可
変電圧電源を用いた駆動回路に圧電素子の充電電荷量を
検出する検出手段を設け、該検出手段の出力に応じて前
記可変電圧電源の出力電圧を制御する制御手段を設けた
ので、温度等の影響下にあっても圧電素子の変位量を一
定に維持することができ、よって応用する機器、装置類
の信頼性の高い作用を得ることができる。
As described above, according to the present invention, a drive circuit using a variable voltage power source for a piezoelectric element is provided with a detection means for detecting the amount of charge charged in the piezoelectric element, and the variable voltage is adjusted according to the output of the detection means. Since a control means is provided to control the output voltage of the voltage power source, the amount of displacement of the piezoelectric element can be maintained constant even under the influence of temperature, etc., thereby increasing the reliability of the equipment and equipment to which it is applied. effect can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による圧電素子駆動装置の第1実施例を
示す構成図、第2図は第1図の圧電素子を使用した燃料
噴射弁を示す図、第3図は圧電素子を使用した燃料噴射
弁の燃料噴射の制御を示すフローチャート、第4図は第
3図の燃料噴射弁の制御とともに実施される圧電素子駆
動のための可変電圧電源の制御を示すフローチャート、
第5図は第3図及び第4図を参照した第1図の圧電素子
駆動装置の作動説明図、第6図は本発明の第2実施例を
示す構成図、第7図は第6図の圧電素子駆動装置の作動
説明図、第8図は本発明の第3実施例を示す構成図、第
9図は第8図の圧電素子駆動装置の作動説明図である。 10・・・圧電素子、   40・・・可変電圧電源、
42.50・・スイッチング素子、 44.52・・・共振用コイル、 46・・・電圧検出用コンデンサ。
Fig. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a piezoelectric element drive device according to the present invention, Fig. 2 is a diagram showing a fuel injection valve using the piezoelectric element of Fig. 1, and Fig. 3 is a diagram showing a fuel injection valve using the piezoelectric element of Fig. 1. A flowchart showing the control of fuel injection of the fuel injection valve, FIG. 4 is a flowchart showing the control of the variable voltage power supply for driving the piezoelectric element, which is carried out together with the control of the fuel injection valve of FIG.
5 is an explanatory diagram of the operation of the piezoelectric element drive device of FIG. 1 with reference to FIGS. 3 and 4, FIG. 6 is a block diagram showing the second embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 8 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention, and FIG. 9 is an explanatory diagram of the operation of the piezoelectric element drive device of FIG. 8. 10... piezoelectric element, 40... variable voltage power supply,
42.50... Switching element, 44.52... Resonance coil, 46... Voltage detection capacitor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  圧電素子に駆動電圧を印加するための可変電圧電源と
、該圧電素子と該可変電圧電源との間に配置されるスイ
ッチング素子と、該圧電素子の充電電荷量を検出する検
出手段と、該検出手段の出力に応じて前記可変電圧電源
の出力電圧を制御する制御手段とを備えたことを特徴と
する圧電素子駆動装置。
A variable voltage power supply for applying a driving voltage to the piezoelectric element, a switching element disposed between the piezoelectric element and the variable voltage power supply, a detection means for detecting the amount of charge charged in the piezoelectric element, and the detection means. A piezoelectric element driving device comprising: control means for controlling the output voltage of the variable voltage power supply according to the output of the means.
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