JPH02190682A - 圧電素子の駆動装置 - Google Patents

圧電素子の駆動装置

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JPH02190682A
JPH02190682A JP1007668A JP766889A JPH02190682A JP H02190682 A JPH02190682 A JP H02190682A JP 1007668 A JP1007668 A JP 1007668A JP 766889 A JP766889 A JP 766889A JP H02190682 A JPH02190682 A JP H02190682A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガソリン機関、ディーゼル機関の燃料噴射弁
等のアクチュエータとして用いられる圧電素子の駆動装
置に関する。
〔従来の技術〕
高い応答性を有する圧電素子は、ガソリン機関、ディー
ゼル機関の燃料噴射弁のアクチュエータとして適用可能
である（参照：特開昭６０−２４９８７７号公報、特開
昭６２−１７３３８号公報）、このような燃料噴射弁の
構造として本願出願人は既に第９図に示すものを提案し
ている（参照：実願昭６３−９５８４号）。すなわち１
．第９図においては、１０１は先端に噴孔１０２を有す
るノズルボディを示しており、ノズルボディ１０１内に
は噴孔１０２を開閉可能にニードル（弁部材）１０３が
挿入されている。ノズルボディ１０１はボディ１０４に
嵌合され、燃料は燃料導入口１０５、盲プラグ１０６の
装着された燃料通路１０７、燃料通路１０８、燃料溜り
室１０９、蓄圧室１１０を介して噴孔１０２から噴射さ
れる。ニードル１０３には、テーパ状の受圧面１１１が
形成されており、受圧面１１１に燃料圧力を受けること
によりニードル１０３は開弁方向に動く。この受圧面１
１１周りに燃料溜り室１０９が形成されている。ニード
ル１０３の上部とノズルボディ１０１の内周面との間に
は、僅かなりリアランス１１２が形成されており、該ク
リアランス１１２を介して燃料溜り室１０９から燃料が
上方に形成される圧力室１１３に充満されるようになっ
ている。圧力室１１３は、ピストン１１４下端とボディ
１０４上端との間に形成され、圧力室１１３における燃
料圧力はニードル１０３の開閉方向の力として作用でき
るようになっている。ピストン１１４は、ケース１１５
内に摺動可能に嵌挿され、皿バネ１１６により上方に付
勢されている。ケース１１５内に伸縮作動可能な積層さ
れた圧電素子１１７よりなる電歪式アクチュエータ１１
８が設けられている。また、デイスタンスピース１１９
は圧力室１１３の下端に設けられ、ニードル１０３の開
弁状態の位置を規定すると共に、該開弁状態の保持作用
をする。このため、デイスタンスピース１１９には、受
圧面１１１の垂直方向の面積に比較して小さい開口が設
けられている。
第９図の燃料噴射弁においては、供給されてくる燃料は
、燃料導入口１０５、燃料通路１０７．１０８を介して
燃料溜り室１０９に送られ、さらにはクリアランス１１
２を介して圧力室１１３、噴孔側の蓄圧室１１０に充満
されている。
第９図の燃料噴射弁の閉弁状態及び開弁状態について第
１Ｏ図を参照して説明する。すなわち、圧電素子１１７
を伸張させると、圧力室１１３の圧力Ｐ（圧力室）が急
速に上昇してニードル１０３が低下する。このニードル
１０３の低下に伴ない、圧力室１１３の圧力Ｐ（圧力室
）は低下する。第１０図（Ａ）に示すニードル１０３が
噴孔１０２を閉じた閉弁状態では、ニードル１０３が下
方へ受ける力はＰ（圧力室）ＸＡ。
ただし、Ａ１はニードル１０３上端の面積、であり、ま
た、ニードル１０３が上方へ受ける力は、Ｐ（レール圧
）ＸＡま ただし、Ａ２は受圧面１１１の実効面積（縦方向成分）
である。したがって、Ａ　＋　＞　Ａ　ｚであるので、
Ｐ（圧力室）＝Ｐ（レール圧）であっても、Ｐ（圧力室
）ＸＡ、＞Ｐ　（レール圧）ＸＡ２が満足されるので、
ニードル１０３の閉弁状態が保持されることになる。他
方、圧電素子１１７を収縮させると、圧力室１１３の圧
力Ｐ（圧力室）が急速に低下してニードル１０３が上昇
する。このニードル１０３の上昇に伴ない圧力室１１３
の圧力Ｐ（圧力室）は上昇する。第１０図（Ｂ）に示す
ニードル１０３の開弁状態では、ニードル１０３が下方
へ受ける力は、 Ｐ（圧力室）ＸＡ、’ ただし、Ａ、はデイスタンスピース１１９の開口面積で
あり、また、ニードル１０３が上方へ受ける力は、 Ｐ（レール圧）ＸＡ、’ ただし、Ａ　ｚ　’は受圧面１１１を含めたニードル１
０３の下端の実効面積であり、つまり二一ドル１０３の
上端の実効面積（Ａ１）である。したがって、ＡＩ’　
＜ＡｔＣ＝Ａυであるので、Ｐ（圧力室）＝Ｐ（レール
圧）であっても、 Ｐ（圧力室）ＸＡ、’　＞Ｐ　（レール圧）ＸＡ、’が
満足されるので、ニードル１０３の開弁状態が保持され
ることになる。
このように、圧電素子１１７が収縮されると、受圧面１
１１で受ける燃料圧力によりニードル１０３がリフトし
て開弁され、噴孔１０２から燃料が噴射される。逆に、
圧電素子１１７が伸長されると、圧力室１１３の圧力が
高まり、該圧力を介してニードル１０３が下方に押され
て閉弁され、噴射が終了する。
圧電素子１１７の伸縮はニードル１０３の下降、上昇に
寄与するが、その際のニードル１０３の閉弁力、開弁力
は圧電素子１１７の伸縮に伴なう圧力室１１３からの燃
料リーク量及び圧力室１１３への燃料流入量に依存する
。燃料リーク及び流入を行うためには、第１０図（Ａ）
におけるニードル１０３の上端部の空間を含む圧力室１
１３の容積Ｖ、と第１０図（Ｂ）における圧力室１１３
の容積■２との関係は、Ｖ　Ｉ　＜　Ｖｔ を満足しなければならず、このため、圧電素子１１７の
伸縮による圧力室１１３の容積変化をニードル１０３の
上下動による圧力室１１３の容積変化より大きくしであ
る。
第９図の燃料噴射弁を駆動する場合、従来、第１１図及
び第１２図に示す電圧■、２．を圧電素子１１７に印加
していた。なお、ここでは、正電圧印加状態で圧電素子
１１７は伸張し、逆に、負電圧印加状態で圧電素子１１
７は圧縮するものと仮定する。
閉弁期間及び開弁期間が共に十分長い場合の駆動状態は
第１１図に示される。すなわち、圧電素子１１７の電圧
を＋５００　Ｖとした場合には、第１１図（Ａ）に示す
ように、圧電素子１１７は伸張され、この結果、ニード
ル１０３は閉弁状態となり、この場合、圧力室１１３の
燃料はニードル１０３のクリアランス１１２を介してリ
ークし、最終的には、時刻ｔｌにて圧力室１１３の圧力
Ｐ（圧力室）は燃料溜り室１０９の圧力Ｐ（レール圧）
　（２００ｋｇ／ｃＪ）　と同一となり、このときの圧
力室１１３の容積を第１Ｏ図（Ａ）に示すごとく、■、
である。次に、時刻ｔ１にて、圧電素子１１７の電圧を
＋５００ｖから−２００Ｖに変化させると、圧電素子１
１７は圧縮されて圧力室１１３の圧力Ｐ（圧力室）が急
低下し、この結果、Ｐ（圧力室）くＰ（レール圧）とな
り、この差ＰＣレール圧）−ＰＣ圧力室）がニードル推
進力に寄与する。したがって、ニードル１０３が上昇し
、第１０図（Ｂ）の状態となる。このとき、ニードル１
０３の上昇に伴ない、圧力室１１３の圧力Ｐ（圧力室）
は急速にＰ（レール圧）に近づくが、ニードル１１３の
上端位置がデイスタンスピース１１９によって規定され
てＰ（圧力室）はＰ（レール圧）の−歩手前で落ちつく
。なお、この時点では、圧力室１１３の容量はほぼｖＩ
である。その後、燃料がクリアランス１１２を介して圧
力室１１３へ流入され、Ｐ（圧力室）は次第にＰ（レー
ル圧）に近づき、したがって、圧力室１１３の容積もｖ
Ｉからｖｔに近づく、最終的には、時刻ｔｔにおいて、
Ｐ（圧力室）＝Ｐ（レール圧）となり、圧力室１１３の
容積は■２となる。すなわち、燃料注入が行われて圧力
室１１３の容積がｖＩからｖｔに変化する間に、圧力室
１１３の圧力Ｐ（圧力室）はＰ（レール圧）より小さく
、したがって、ニードル１０３の大きな開弁力が得られ
ることになる。
次に、時刻ｔ２において、圧電素子１１７の電圧を−２
００Ｖから＋５００　Ｖに変化させると、圧電素子１１
７は伸張されて圧力室１１３の圧力Ｐ（圧力室）が急上
昇し、容積はＶ、より減少し、この結果、Ｐ（圧力室）
〉Ｐ（レール圧）となり、この差Ｐ（圧力室）−Ｐ（レ
ール圧）がニードル推進力に寄与する。したがって、ニ
ードル１０３が下降し、再び第１０図（Ａ）の状態とな
る。このとき、同様に、ニードル１０３の下降に伴ない
、圧力室１１３の圧力Ｐ（圧力室）は急速にＰ（レール
圧）に近づくが、ニードル１１３の下端位置が噴孔１０
２によって規定されてＰ（圧力室）はＰ（レール圧）の
−歩手前で落ちつく。なお、この時点では、圧力室１１
３の容量はほぼｖ２である。その後、燃料がクリアラン
ス１１２を介して圧力室１１３からリークされ、Ｐ（圧
力室）は次第にＰ（レール圧）に近づき、したがって、
圧力室１１３の容積も■２から■１に近づく、最終的に
は、Ｐ（圧力室）＝Ｐ（レール圧）となり、圧力室１１
３の容積は■、となる。すなわち、燃料リークが行われ
て圧力室１１３の容積がｖ２からｖｌに変化する間に、
圧力室１１３の圧力Ｐ（圧力室）はＰ（レール圧）より
大きく、したがって、ニードル１０３の大きな閉弁力が
得られることになる。
このように、閉弁期間及び開弁期間が共に十分長い場合
には、燃料の圧力室１１３への流入及び圧力室１１３か
らのリークが十分に行われ、この結果、ニードル閉弁力
及び開弁力も十分確保できるので何ら問題はない。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、燃料噴射においては、開弁時間（噴射時
間）は閉弁時間に比べて非常に短かく、したがって、こ
の場合には、第１２図のごとく、駆動状態が示される。
つまり、したがって、長い閉弁期間においては、圧力室
１１３の燃料はニードル１０３のクリアランス１１２を
介して完全にリークし、閉弁期間の終了時点１．ではＰ
（圧力室）＝Ｐ（レール圧）となるのに対し、短かい開
弁期間においては、燃料導入口ｌ・Ｑｃに燃料供給通路
からの所定の燃料圧（以下レール圧という）が常時作用
しており、圧力室１１３へのクリアランス１１２を介し
ての燃料流入は十分でなく、開弁期間の終了時点ｔ８で
もＰ（圧力室）〈Ｐ（レール圧）であり、圧力室１１３
の容積は極端な場合には■、に近い、したがって、時刻
１．において、印加電圧Ｖ　ＦＩＴを−２００Ｖから＋
５００Ｖ１．：変化サセテモ、ニードル１０３の推進力
は生ずるものの、ニードル１０３の下降直後の圧力室１
１３の容積はほぼ■、であり、この結果、ニードル１０
３の下降直後のＰ（圧力室）もほぼＰ（レール圧）とな
る。つまり、閉弁時に圧電素子１１７に大きな電圧を印
加しても、開弁期間が短かければ燃料の流入量は少なく
、したがって、ニードル１０３の閉弁後には、燃料のリ
ークもほとんどなく、Ｐ（圧力室）はただちにＰ（レー
ル圧）に戻るだけにすぎない。
このように、開弁期間の短かい燃料噴射弁に圧電アクチ
ュエータを適用した場合には、大きなニードル閉弁力は
得られず、閉弁時の水撃作用等による圧力波で閉弁直後
にニードル１１７が上昇し、２次噴射を起こすことがあ
った。
したがって、本発明の目的は、開弁期間が短かい場合に
あっても閉弁時におけるニードル（弁部材）の閉弁力を
増大させて閉弁時の水撃作用等による圧力波による弁部
材の上昇を防止することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上述の課題を解決するための手段は第１図に示される。
すなわち、被制御流体通路１０９と圧力室１１３とを連
通し、この間に弁部材１０３を設け、圧力室１１３を圧
電素子１１７の変位により伸縮させて弁部材１０３を閉
弁、開弁する駆動装置であって、圧電素子１１７を充電
した際に弁部材１０３に閉弁力が発生する場合を想定す
る。この場合、充電スイッチング手段５は高電圧発生手
段３の高電圧により圧電素子１０３を充電して第１の所
定電圧たとえば６００■にする。電圧変化手段７．７′
は圧電素子１１７の充電初期電圧を上記第１の所定電圧
６００■とする一方、その後徐々に低い第２の所定電圧
たとえば５００■にする。このため、電圧変化手段は、
圧電素子１１７の電圧が第２の所定電圧ｓｏｏ　ｖより
高いときに導通する定電圧手段７１．７１’、及び定電
圧手段に流れる電流を遅延させる遅延手段７３．７３’
を有する。そして、放電スイッチング手段は圧電素子１
１７の電荷を放電させるものである。
次に、圧電素子１１？を放電した際に弁部材１０３に閉
弁力が発生する場合を想定する。この場合、電圧変化手
段７．７′の代りに、電圧変化手段８を設ける。すなわ
ち、放電スイッチング手段６が圧電素子１１７の電荷を
放電させてその電圧を第１の所定電圧たとえば一３００
■にし、電圧変化手段８は放電初期電圧を上記−３００
ｖとする一方、その後徐々に高い第２の所定電圧−２０
０■にする。
このため、電圧変化手段は、圧電素子１１７の電圧が第
２の所定電圧−２００Ｖより低いときに導通する定電圧
手段８１、及び定電圧手段に流れる電流を遅延させる遅
延手段８２を有する。
〔作　用〕
上述の手段による作用は第２図に示される。すなわち、
第２図（Ａ）は圧電素子１１７を充電した際に弁部材１
０３に閉弁力を発生する場合を示し、第２図（Ｂ）は圧
電素子１１７を放電した際に弁部材１０３に閉弁力を発
生する場合を示し、共に、開弁期間が非常に短かい場合
を示している。
第２図（Ａ）に示す開弁期間の終了時点では、圧電素子
１１７は５００ｖに対応した伸長量を有し、圧力室１１
３の容積は第１０図（Ａ）のｖｌであると仮定する。開
弁期間は短か（、したがって、燃料流入はほとんどな（
、開弁終了時点で圧電素子１１７に５００■を印加して
も、圧力室１１３の容積はほぼＶ、であり、Ｐ（圧力室
）もほぼＰ（レール圧）である、しかし、 第２図（Ａ）に示すように、閉弁初期にはより大きな充
電電圧＋６００　Ｖが圧電素子１１７に印加され、この
結果、開弁に移行する際の圧電素子１１７の圧縮量より
も閉弁に移行する際の圧電素子１１７の伸張量は太き（
なろうとする、その分、弁部材１０３には大きな閉弁力
が発生することになる。２次開弁は閉弁の瞬時に発生す
るので、大きな閉弁力はその後は不要となるので、印加
電圧を＋６００■から低い＋５００ｖに徐々に変化させ
る。比較的長い閉弁期間中にはＰ（圧力室）−Ｐ（レー
ル圧）となっても、弁構造から閉弁状態に保持される。
同様に、第２図ＣＢ）においては、閉弁初期にはより大
きな放電電圧−３００ｖが圧電素子１１７に印加され、
この結果、やはり、開弁に移行する際の圧電素子１１７
の圧縮量よりも閉弁に移行する際の圧電素子１１７の伸
張量が大きくなろうとする。
その分、弁部材１０３には大きな閉弁力が発生する。
閉弁初期に圧電素子１１７の電圧をより大きく（＋６０
０Ｖ）もしくはより小さく　　（−３００Ｖ）　した場
合にも、圧力室１１３からの燃料リークは若干ある。こ
のため、上記電圧＋６００■もしくは一３００Ｖをただ
ちに＋５００■もしくは一２００ｖに戻すと、Ｐ（圧力
室）がＰ（レール圧）より低下し、閉弁状態自体の維持
が困難となる。このため、遅延手段は前記電圧の変化を
徐々に行わせるようにしている。
〔実施例〕
第３図は本発明に係る圧電素子の駆動装置の第１の実施
例を示す回路図である。なお、第１の実施例においては
、圧電素子が充電された際に伸張して閉弁動作が行われ
るものとする。第３図においては、圧電素子１１７は筒
内噴射火花点火式ガソリン機関の燃料噴射弁に適用され
ているものとする。１はたとえば１２Ｖのバッテリであ
って、その電圧はイグニッションスイッチ２を高電圧発
生。
回路３に印加されている。高電圧発生回路３はバッテリ
電圧１２Ｖをたとえば３００Ｖに変換してコンデンサ４
に印加する。
高電圧発生回路３は、高周波発振回路３１、昇圧回路と
しての昇圧トランス３２、昇圧トランス３２の１次側コ
イルをオン、オフするトランジスタ３３、及び昇圧トラ
ンス３３の２次側コイルの正の発生電圧をコンデンサ４
に供給するダイオード３４より構成されている。
また、充電スイッチング回路５として、サイリスタ５１
およびコイル５２が設けられ、放電スイッチング回路６
として、サイリスタ６１およびコイル６２が設けられて
いる。サイリスタ５１はＣＰＵからの閉弁信号（パルス
）Ｓｔによってオンとされ、サイリスタ６１はＣＰＵか
らの開弁信号（パルス）Ｓ２によってオンとされる。
コイル５２はＬＣ共振回路を構成するためであり、した
がって、サイリスタ５１がオンとなると、コンデンサ４
、コイル５２及び圧電素子１１７がＬＣ共振回路を構成
し、これにより、コンデンサ４の電圧降圧を増大させ且
つ圧電素子１１７の電圧昇圧を増大させ、サイリスタ５
１をその後の自然転流により確実にオフにする。この結
果、圧電素子１１７の充電電圧はコンデンサ４の電圧３
００ｖより高くたとえば６００　Ｖとされる。
コイル６２もＬＣ共振回路を構成するためであリ、した
がって、サイリスタ６１がオンとなると、コイル６２及
び圧電素子５がＬＣ共振回路を構成し、これにより、圧
電素子１１７の電圧降圧を増大させ、サイリスタ６１を
その後の自然転流により確実にオフにする。この結果、
圧電素子１１７の放電電圧は接地電圧（０■）より低く
たとえば一２００■とされる。
７は電圧変化回路であって、圧電素子１１７の電圧が５
００■以上のときに導通ずるツェナーダイオード７１．
逆流防止用ダイオード７２、及びツェナーダイオード７
１に流れる電流を遅延する抵抗７３よりなる。
第３図の回路動作を第４図、第５図を参照して説明する
。
高電圧発生回路３においては、高周波発振回路３１のパ
ルス信号によってトランジスタ３３がオン、オフすると
、オン時に昇圧トランス３２の１次側コイルに１次電流
が流れてコアに磁束エネルギーが蓄積され、次いで、ト
ランジスタ３３のオンからオフの際に、この磁束エネル
ギーがファラディの法則に従って昇圧トランス３２の２
次コイルに発生電圧たとえば３００■として現われる。
高周波発振回路３１のパルス信号のパルス幅が一定であ
ればこの発生電圧も一定である。この発生電圧はダイオ
ード３４を介してコンデンサ４に蓄積され、ある時間後
に、コンデンサ４の電圧は昇圧トランス３２の２次側コ
イルの発生電圧３００■と等しくなる。このとき、コン
デンサ（容量Ｃ）に蓄積された電荷量Ｑは、 Ｑ＝ＣＸ３００Ｖ となる、この時点もしくはこの後の所定タイミングでＣ
ＰＵは閉弁パルスＳ、を発生する。この結果、サイリス
タ５１がオンとなり、したがって、コンデンサ４、コイ
ル５２、および圧電素子１１７が１つの共振回路を構成
し、コンデンサ４の電荷は圧電素子１１７に移送され、
圧電素子１１７は充電される。この場合、上述のＬＣ共
振回路の存在のために、第４図に示すごとく圧電素子１
１７の端子電圧Ｖ　Ｆ２’ｒは、コンデンサ４の最終電
圧３００■より高く、たとえば６００ｖになり、また、
その後の自然転流によりサイリスタ５１は確実にターン
オフする。
圧電素子５の端子電圧６００　Ｖのときにあって燃料が
完全にリークした場合に、噴射弁の状態は第５図（Ａ）
に示すごとくであり、圧力室１１３の容積■。は第１１
図（Ａ）の容積ｖｌより小さい。
つまり、開弁期間中に燃料のリークがなければ、第５図
（Ｂ）における閉弁状態の圧力室１１３の容積■、及び
第５図（Ｃ）に示す開弁状態の圧力室１１３の容積■２
はほぼ等しく、すなわち、Ｖ　ｌ＝　Ｖ　ｔ である。したがって、閉弁初期状態には圧力室１１３の
容積は閉弁状態終了時の容積ｖＩと実際にはほぼ同一で
あるが、その容積ＶはＶ、より小さいＶｏ　（第５図（
Ａ））になろうとしている分、ニードル１０３に大きな
閉弁力が発生することになる。
つまり、閉弁状態終了時の印加電圧＋５００ｖと閉弁初
期状態の印加電圧＋６００ｖとの差がニードル１０３の
大きな閉弁力を発生させる。
上述のごと（、圧電素子１１７に蓄積された電荷は電圧
変化回路７によって徐々に放電され、すなわち、回路７
と圧電素子１１７とにより決定される時定数に従って圧
電素子１１７の端子電圧■２□アは＋６００　Ｖから＋
５００Ｖに徐々に低下し、その後は＋５００　Ｖで安定
する。したがって、端子電圧ｖ　ｐｚｔが＋５００Ｖ（
７）状態でＰ（圧力室）−Ｐ　（Ｌ／−電圧）であり、
また圧力室１１３の容積Ｖもほぼ■１となっているため
、次回＋６００■印加時に再び大きな閉弁力を発生させ
ることができる。
圧電素子１１７の端子電圧Ｖ　、、、が５００■となる
と、噴射弁は第５図（Ｂ）の状態（第１１図（Ａ）の状
態）となり、つまり、Ｐ（圧力室）＝Ｐ（レール圧）で
あるが、ニードル１０３の閉弁力は前述のごとく維持さ
れる。
上述状態で、所定期間後、ＣＰＵが第４図に示す開弁信
号Ｓ２を発生すると、サイリスタ６１がオンとなり、し
たがって、圧電素子１１７およびコイル６２が１つのＬ
Ｃ共振回路を構成し、圧電素子の電荷は放電される。こ
の場合、上述のごとく、ＬＣ共振回路の存在のために、
第４図に示すごとく、圧電素子１１７の端子電圧■、２
？は、Ｏｖより低く、たとえば−２００■となり、また
、その後の自然転流によりサイリスタ６１は確実にター
ンオフする。この結果、噴射弁は第５図（Ｃ）の状態（
第１１図（Ｂ）と同一）となる。
すなわち、閉弁終了状態の圧電素子１１７の変位Ｎ（開
弁時基準）はＬに対し、初期閉弁状態ではＬ＋ΔＬと大
きくなろうとする力がニードル１０３の閉弁力を増大さ
せることになる。
このように、第３図の回路により、圧力室１１７の容積
は、圧電素子５の充電初期時に大きくなろうとする分、
ニードル１０３の閉弁力は増大する。
なお、電圧変化回路７だけを付加すれば、回路制御のた
めの信号Ｓ、、Ｓ、は従来の駆動装置（回路７なし）と
全く同一条件で発生すればよい。
第６図は第３図の変更例であって、第３図の充電圧変化
回路７を修正しである。すなわち、第６図における電圧
変化回路７′はコンデンサ１４の正電位側端子と圧電素
子１１７の正電位端子との間に接続されている。これに
より、圧電素子１１７の端子電圧Ｖ　ｐｚｔ　（Ｄ　＋
６００　Ｖから＋５００Ｖ（７）放電エネルギーは直流
高電圧源としてのコンデンサ４に回生され、消費エネル
ギーの点で第３図の回路に比べて有利である。
第７図は本発明に係る圧電素子の駆動装置の第２の実施
例を示す回路図であって、たとえば実開昭６３−２４３
６２号公報のごとく、第１の実施例とは反対に、圧電素
子１１７が放電された際に閉弁動作が行われるものとす
る。すなわち、第７図においては、第３図の電圧変化回
路７の代りにツェナーダイオード８１、逆流防止用ダイ
オード８２、及び抵抗８３よりなる電圧変化回路８を設
けてあり、閉弁パルスＳ１はサイリスタ６１に印加され
、開弁パルスＳ２はサイリスタ５１に印加される。
第７図においては、充電スイッチング回路５のサイリス
タ５１がオンにされたときに４よ、コンデンサ４、圧電
素子５、コイル５２とのＬＣ共振回路により圧電素子１
１７の端子電圧Ｖ　Ｐ２ｆは＋５００Ｖまで昇圧するも
のとし、放電スイッチング回路６のサイリスタ６１がオ
ンにされたときには、圧電素子１１７とコイル６２との
ＬＣ共振回路により圧電素子１１７の端子電圧ＶＰＺア
は一３００■まで低下するものとし、電圧変化回路８の
ツェナーダイオード８１のツェナー電圧を２００■とす
る。
第７図の回路動作を第８図を参照して説明する。
圧電素子１１７の端子電圧■２□アが５００　Ｖの状態
のときに、ＣＰＵが閉弁パルスＳ、を発生すると、サイ
リスタ６１がオンとなり、したがって、圧電素子１１７
及びコイル６２が１つの共振回路を構成し、圧電素子１
１７は放電される。この場合、上述のＬＣ共振回路の存
在のために、第８図に示すごとく圧電素子１１７の端子
電圧Ｖ　、２．は、接地電圧Ｏ■より低くたとえば一３
００ｖになり、また、その後の自然転流によりサイリス
タ６１は確実にターンオフする。
圧電素子５の端子電圧−３００ｖのときにあって燃料が
完全にリークした場合に噴射弁の状態は第５図（Ａ）に
示すごとくであり、圧力室１１３の容積■。は第１１図
（Ａ）の容積■１より小さい。
つまり、開弁期間中に燃料のリークがなければ、第５図
（Ｂ）における閉弁状態の圧力室１１３の容積■、及び
第５図（Ｃ）に示す開弁状態の圧力室１１３の容積■２
はほぼ等しく、すなわち、■、ン■２ である、したがって、閉弁初期状態には圧力室１１３の
容積は閉弁状態終了時の容積■１と実際にはほぼ同一で
あるが、その容積■はｖＩより小さいｖｏ（第５図（Ａ
））になろうとしている分、ニードル１０３に大きな閉
弁力が発生することになる。つまり、閉弁状態終了時の
印加電圧−３００■と閉弁初期状態の印加電圧−２００
■との差がニードル１０３に大きな閉弁力を発生させる
。
上述のごとく、圧電素子１１７に蓄積された負電荷は電
圧変化回路８によって徐々に充電され、すなわち、回路
８と圧電素子５とにより決定される時定数に従って圧電
素子５の端子電圧ｖテ２アは−３００Ｖから一２００■
に徐りに昇圧し、その後は−２００Ｖで安定する。した
がって、端子電圧Ｖ　、、。
が−２００ｖの状態でＰ（圧力室）−Ｐ（レール圧）で
あり、また圧力室１１３の容積ＶもほぼＶ、となってい
るため、次回−３００ｖ印加時に再び大きな閉弁力を発
生させることができる。
圧電素子１１７の端子電圧Ｖ　ＰＺＴが一２００ｖとな
ると、噴射弁は第５図（Ｂ）の状態となり、つまり、Ｐ
（圧力室）＝Ｐ（レール圧）であるが、前述のごとく、
ニードル１０３の閉弁力は維持される。
上述状態で、所定期間後、ＣＰＵが第８図に示す開弁信
号Ｓ、を発生すると、サイリスタ５１がオンとなり、し
たがって、コンデンサ４、およびコイル６２、圧電素子
１１７が１つのＬＣ共振回路を構成し、圧電素子は充電
される。この場合、上述のごとく、ＬＣ共振回路の存在
のために、第８図に示すごとく、圧電素子１１７の端子
電圧Ｖ　ＰＡＴは３００　Ｖより高く、たとえば５００
■となり、また、その後の自然転流によりサイリスタ５
１は確実にターンオフする。この結果、噴射弁は第５図
（Ｃ）の状態（第１１図（Ｂ）と同一）となる。
したがって、第１の実施例と同様に、閉弁状態の圧電素
子１１７の変位量（開弁時基準）はＬに対し、初期閉弁
状態ではＬ＋ΔＬと大きくなろうとする力がニードル１
０３の閉弁力は増大することになる。なお、電圧変化回
路８だけを付加すれば、回路制御のための信号Ｓ、、Ｓ
、は従来の駆動装置（回路８なし）と全（同一条件で発
生すればよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、閉弁時の初期には
、ニードル（弁部材）の閉弁力を増大でき、したがって
、閉弁時の水撃作用等による圧力波による弁部材の上昇
を防止でき、噴射弁に適用した場合の２次噴射を防止で
きる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の基本構成を示す図、 第２図は本発明の作用を示すタイミング図、第３図は本
発明に係る圧電素子の駆動装置の第１の実施例を示す回
路図、 第４図は第３図の回路動作を示すタイミング図、第５図
は第３図の回路動作により得られる噴射弁の状態を示す
図、 第６図は第３図の基本例を示す回路図、第７図は本発明
に係る圧電素子の駆動装置の第２の実施例を示す回路図
、 第８図は第７図の回路動作を示すタイミング図、第９図
は圧電素子をアクチュエータとして用いた燃料噴射弁の
一例を示す縦断面図、 第１０図は第９図の動作状態を示す図、第１１図、第１
２図は第９図の動作を示すタイミング図である。 ｌ・・・バッテリ、 ２・・・イグニッションスイッチ、 ３・・・高電圧発生回路、　　　　　４・・・コンデン
サ、５・・・充電スイッチング回路、 ６・・・放電スイッチング回路、 ７．７’、８・・・電圧変化回路、 １０３・・・ニードル（弁部材）、　１１３・・・圧力
室、１１７・・・圧電素子。 本発明の作用 第２図 （Ｃ） 開弁状態 手続補正書（自発） 平成２年、７月２日 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、事件の表示 平成１年特許願第００７６６８号 ２　発明の名称 圧電素子の駆動装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 名称　（３２０）　）ヨタ自動車株式会社４、代理人 住所　〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目８番１ｏ号５、
補正の対象 （１）　　明細書の「特許請求の範囲」の欄（２）明細
書の「発明の詳細な説明」の欄６、補正の内容 （１）別紙の通り （２）　　Ａ）明細書第６頁第２行目「ただし、」の後
に、ｒｐ（レール圧）は燃料供給通路からの所定の燃料
圧、１を挿入する。 Ｂ）明細書第６頁第１５行目「デイスタンド」を「デイ
スタンス１と補正する。 Ｃ）明細書第８頁第１４行目ｒ　（Ａ）Ｊを削除する。 Ｄ）明細書第８頁第２０行目「容積を」をｒ容積は１と
補正する。 Ｅ）明細書第１２頁第４行目および第５行目［燃料供給
通路からの所定の燃料圧（以下レール圧という）」をｒ
Ｐ（レール圧）１と補正する。 Ｆ）明細書第１３頁第４行目ｒｌ１７　Ｊをｒ１０３　
Ｊと補正する。 Ｇ）明細書第１５頁第１８行目と第１９行目を改行せず
続ける。 Ｈ）明細書第２１頁第３行目「圧電素子５の端子電圧」
を１圧電素子１１７の端子電圧が１と補正する。 ■）明細書第２１頁第６行目、第２２頁第１１行目、第
２３頁第５行目、第２５頁第１９行目、および第２７頁
第１７行目「第１１図」をｒ第１θ図１と補正する。 Ｊ）明細書第２２頁第６行目「−Ｐ」をｒさＰｌと補正
する。 Ｋ）明細書第２３頁第１６行目「第３図の充」をｒ第３
図の１と補正する。 Ｌ）明細書第２３頁第１８行目「１４」をｒ４１と補正
する。 Ｍ）明細書第２５頁第１６行目「５」をｒｌ１７　Ｊと
補正する。 Ｎ）明細書第２６頁第１９行目「−Ｐ」をｒ　′！−ｐ
　Ｊと補正する。 （３）明細書第２９頁第１行目「基本例」をｒ変更例１
と補正する。 （４）Ａ）別紙の通り、第５図の「開弁初期」をｒ閉弁
初期１と補正する。 Ｂ）別紙の通り、第７図の「第２図の実施例」をｒ第２
の実施例」と補正する。 Ｃ）別紙の通り、第１１図のｒｐ（レール圧）」の位置
を変更する。 ７、添付書類の目録 （１）特許請求の範囲　　　　　　　　　　１通（２）
図面（第５図、第７図、第１１図）　１通２、特許請求
の範囲 １．被制御流体通路（１０９）と圧力室（１１３）とを
連通し、この間に弁部材（１０３）を設け、該圧力室を
圧電素子（１１７）の変位により伸縮させて前記弁部材
を閉弁、開弁する駆動装置であって、高電圧発生手段（
３）と、 前記弁部材を閉弁させるために前記高電圧発生手段の高
電圧により前記圧電素子を充電して第１の所定電圧を印
加する充電スイッチング■（５）と、 前記圧電素子の電圧が前記第１の所定電圧より低い第２
の所定電圧より高いときに導通する定電圧手段（７１，
７１’　”）及び該定電圧手段に流れる電流を遅延させ
る遅延手段（７３，７３’　）を有し、前記圧電素子の
印加電圧を前記第１の所定電圧から前記第２の所定電圧
へ徐々に変化させる電圧変化手段（７，７’）と、 前記弁部材を開弁するために前記圧電素子の電荷を放電
させる放電スイッチング手段（６）とを具備する圧電素
子の駆動装置。 ２、被制御流体通路（１０９）と圧力室（１１３）とを
連通し、この間に弁部材（１０３）を設け、該圧力室を
圧電素子（１１７）の変位により伸縮させて前記弁部材
を閉弁、開弁する駆動装置であって、高電圧発生手段（
３）と、 前記弁部材を開弁するために該高電圧発生手段の高電圧
により前記圧電素子を充電する充電スイッチング王ユ（
５）と、 前記弁部材を閉弁するために前記圧電素子の電荷を放電
させて該圧電素子の電圧を第１の所定電圧にする放電ス
イッチング回路（６）と、前記圧電素子の電圧が前記第
１の所定電圧より高い第２の所定電圧より低いときに導
通ずる定電圧手段（８１）及び該定電圧手段に流れる電
流を遅延させる遅延手段（８３）を有し、前記圧電素子
の印加電圧を前記第１の所定電圧から前記第２の所定電
圧へ徐々に変化させる電圧変化手段（８）とを具備する
圧電素子の駆動装置。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. １．　被制御流体通路（１０９）と圧力室（１１３）と
    を連通し、この間に弁部材（１０３）を設け、該圧力室
    を圧電素子（１１７）の変位により伸縮させて前記弁部
    材を閉弁、開弁する駆動装置であって、 高電圧発生手段（３）と、 前記弁部材を閉弁させるために前記高電圧発生手段の高
    電圧により前記圧電素子を充電して第１の所定電圧を印
    加する充電スイッチング回路（５）と、 前記圧電素子の電圧が前記第１の所定電圧より低い第２
    の所定電圧より高いときに導通する定電圧手段（７１，
    ７１′）及び該定電圧手段に流れる電流を遅延させる遅
    延手段（７３，７３′）を有し、前記圧電素子の印加電
    圧を前記第１の所定電圧から前記第２の所定電圧へ徐々
    に変化させる電圧変化手段（７，７′）と、 前記弁部材を開弁するために前記圧電素子の電荷を放電
    させる放電スイッチング手段（６）とを具備する圧電素
    子の駆動装置。
  2. ２．　被制御流体通路（１０９）と圧力室（１１３）と
    を連通し、この間に弁部材（１０３）を設け、該圧力室
    を圧電素子（１１７）の変位により伸縮させて前記弁部
    材を閉弁、開弁する駆動装置であって、 高電圧発生手段（３）と、 前記弁部材を開弁するために該高電圧発生手段の高電圧
    により前記圧電素子を充電する充電スイッチング回路（
    ５）と、 前記弁部材を閉弁するために前記圧電素子の電荷を放電
    させて該圧電素子の電圧を第１の所定電圧にする放電ス
    イッチング回路（６）と、 前記圧電素子の電圧が前記第１の所定電圧より高い第２
    の所定電圧より低いときに導通する定電圧手段（８１）
    及び該定電圧手段に流れる電流を遅延させる遅延手段（
    ８３）を有し、前記圧電素子の印加電圧を前記第１の所
    定電圧から前記第２の所定電圧へ徐々に変化させる電圧
    変化手段（８）とを具備する圧電素子の駆動装置。
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