JPH06112544A

JPH06112544A - 圧電素子駆動回路

Info

Publication number: JPH06112544A
Application number: JP4261720A
Authority: JP
Inventors: Masaki Mitsuyasu; 正記光安
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1992-09-30
Publication date: 1994-04-22
Anticipated expiration: 2015-08-28
Also published as: JP3082465B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は圧電素子とインダクタとで構成され
る直列ＬＣ回路の過渡特性を利用して圧電素子を充放電
させる圧電素子駆動回路に関し、充放電の周期が急変し
ても一定なエネルギで圧電素子を充電することを目的と
する。【構成】ＰＺＴ５０とインダクタ５６とで充電用直列
ＬＣ回路を構成し、その過渡特性を利用してＰＺＴ５０
を高圧に充電する。インダクタ６４はＰＺＴ５０と放電
用直流ＬＣ回路を構成し、その過渡特性を利用して両端
電圧が負電圧になるように放電する。クランプ回路６６
は、ＰＺＴ５０の放電時電圧を一定の範囲にクランプし
て、電圧変動分をカットする。このためＰＺＴ５０に一
定のエネルギを供給するために要求される電圧が常に一
定になり、電源４２の出力電圧を制御する必要がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧電素子の駆動回路に係
り、特に圧電素子と、圧電素子と直列に設けたインダク
タとで構成する直列ＬＣ回路の過渡特性を利用し、圧電
素子の両端電圧が電源電圧より広い範囲で昇降圧するよ
うに充放電させる圧電素子駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電素子は、素子の両端に電圧が印加さ
れると、発生した磁界の方向に沿って構成分子が誘電分
極を起こし印加された電圧に応じた伸縮を示すと共に、
外部から伸縮させようとする力が加えられると、その力
の大きさに応じた電圧を発生する素子である。すなわ
ち、圧電素子は、キャパシタと同様に蓄電性を有し、そ
の充放電状態に応じて伸縮し、圧縮引っ張り応力に応じ
た電圧を出力する素子である。

【０００３】このため、従来より圧電素子は種々のアク
チュエータに応用されており、例えば内燃機関の燃料噴
射弁もその一つである。この場合、圧電素子は、燃料噴
射口を開閉するニードルバルブの駆動に用いられてお
り、圧電素子の伸縮に関するデューティ比を制御するこ
とににより、燃料噴射量の制御が可能となる。

【０００４】ところで、上記の例のように圧電素子が燃
料噴射弁に用いられた場合、圧電素子の伸縮量にバラツ
キがあると、燃料噴射口の開口度が均一でなくなり、同
一期間内における燃料噴射量の精度が悪化することにな
る。このため、このような場合は、圧電素子を一定の伸
縮量で安定して駆動することができる駆動回路が必要に
なる。

【０００５】そこで、従来、このような要求を満たす駆
動回路として、圧電素子に流れ込む電流Ｉ_Cを積分して
充電電荷Ｑを求め、圧電素子に供給されるエネルギ（充
電電圧Ｖ_DC＊充電電荷Ｑ）を一定にするフィードバック
制御を行う回路が提案されている（特開平１−２６４５
７５号公報）。

【０００６】上記公報に記載された駆動回路は、圧電素
子が、充電された電荷Ｑに応じた伸縮を示すことを利用
したもので、圧電素子を充電する際の充電電圧Ｖ_DCと前
回の充電時における充電電荷Ｑとを乗算した値が一定に
なるように、Ｖ_DCをフィードバック制御するものであ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うに圧電素子を燃料噴射弁の駆動に用いるような場合、
圧電素子の体格はできるだけ小さい方が望ましい。その
反面、噴射口を開閉するためには、ある程度伸縮のスト
ロークを確保することが必要になる。このため、圧電素
子を燃料噴射装置に使用する場合、一般に、充電電圧は
高圧（５００Ｖ程度）に、放電電圧は低圧（−１００Ｖ
程度）に設定される。

【０００８】そこで、上記公報記載の駆動回路を含め
て、このような圧電素子の駆動に用いられる従来の圧電
素子駆動回路においては、図７に示すように、電源２，
サイリスタ４及びインダクタ６を圧電素子８と直列に設
けて充電系１０とする構成が用いられている。この場
合、インダクタ６は圧電素子８と直列ＬＣ回路を構成
し、サイリスタ４はスイッチング素子として充電系１０
を流れる電流の制御を行っている。つまり、この回路
は、サイリスタ４がオフからオンに切り替わった際の、
直列ＬＣ回路の過渡特性を利用して必要な高電圧を得よ
うとするものである。

【０００９】また、同様にこの回路の放電系１２には、
圧電素子８と直列にサイリスタ１４及びインダクタ１６
が設けられており、直列ＬＣ回路の過渡特性を利用して
放電時における必要な低電圧が確保される。尚、サイリ
スタ４，１４は、交互にオンオフされて、両者が同時に
オンとなることはない。

【００１０】図８は、この駆動回路で燃料噴射弁の駆動
に用いられている圧電素子の駆動を行った際の、圧電素
子両端電圧Ｖ_C及び充放電電流Ｉ_Cを示す。図８
（Ａ），（Ｂ）に示すように、圧電素子８の両端電圧が
昇圧された状態、つまり、圧電素子８が充電された状態
でサイリスタ１４がオンとなると、充放電電流は負の方
向、すなわち放電方向にのみ流れる。

【００１１】このとき、圧電素子８とインダクタ１６と
は直列ＬＣ回路を構成しているため、その過渡特性によ
りＩ_Cが一端過剰に流れ圧電素子８に負の電荷が蓄えら
れる。しかし、この放電系１２にはサイリスタ１４が存
在し、過剰に流れた電流が逆流できず、結果的に圧電素
子両端電圧が負の電圧となる。

【００１２】ところで、燃料噴射弁に使用される圧電素
子８が電荷を放電した場合、圧電素子は燃料噴射弁内で
収縮する。この収縮の際、圧電素子８には相対的に引っ
張り応力が加わることになる。このため圧電素子８の両
端電圧は、電荷の充放電量により決まる電圧と、引っ張
り応力により生じた電圧とが重畳された値となる。

【００１３】この引っ張り力は、圧電素子８が収縮する
際に生ずる力であるから、当然に収縮直後が最も大き
く、その後徐々に小さくなる。従って、圧電素子８の両
端電圧Ｖ_Cは、図８（Ａ）に示すように、放電開始直後
に最小値をとり、時間の経過と共に徐々に上昇すること
になる。

【００１４】つまり、上記従来の構成の回路を圧電素子
８の駆動回路として使用した場合、充放電が行われる周
期が変化すると、それに伴って充電直前におけるＶ_Cの
値（図８（Ａ）中、Ｖ₃）が変化することになる。

【００１５】この場合、充電時に圧電素子８に供給され
るエネルギは、充電直前の両端電圧Ｖ_Cと、電源電圧Ｖ
_DCとの差（Ｖ_DC−Ｖ_C）で決まり、Ｖ_DCを固定値とする
と充電時に供給されるエネルギが、充放電の周期の変動
と共に変動することになる。

【００１６】上記従来の駆動回路は、充電時に圧電素子
８に供給されるエネルギが一定になるように、フィード
バック制御を行っており、Ｖ_DCが適当な値になるように
制御しているが、フィードバックによる制御遅れのた
め、Ｖ_DCの急激な変化には追従することができない。

【００１７】つまり、圧電素子８の充放電周期が急激に
早まった場合は、要求される充電電圧が急激に下がって
いるにもかかわらず、高いままの充電電圧を印加して圧
電素子に過剰エネルギを供給し、逆にその周期が遅くな
った場合は、過少エネルギを供給することになる。

【００１８】特に、圧電素子８が燃料噴射弁の駆動部と
して用いられる場合、その充放電周期は燃料噴射量の変
動とともに頻繁に、かつ大幅に変更される。従って、上
記従来の回路を駆動回路として用いた場合、燃料の噴射
不良や、燃料噴射弁の破損等を引き起こす可能生があ
る。

【００１９】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、充放電の行われる周期が急激に変化した場合で
も、常に一定なエネルギで圧電素子を充電することがで
きる圧電素子駆動回路を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の原理図を図１に示す。

【００２１】図１（Ａ）は請求項１記載の発明の原理構
成図で、電源２２及びインダクタ２４を圧電素子２６に
直列に接続してなる充電系２０と、インダクタ２８を圧
電素子２６に直列に接続してなる放電系２８と、圧電素
子の両端に接続したクランプ回路３０とで構成される圧
電素子駆動回路を示す。

【００２２】圧電素子２６は、インダクタ２４と共に充
電用直列ＬＣ回路を構成する。電源２２はこの直列ＬＣ
回路に所定の電圧を印加する。充電系２０は直列ＬＣ回
路の過渡特性を利用して、圧電素子２６の両端電圧が電
源２２の正極電圧より高くなるように、圧電素子２６を
充電する。

【００２３】インダクタ２８は圧電素子２６と共に放電
用直流ＬＣ回路を構成する。放電系３０は、この直列Ｌ
Ｃ回路の過渡特性を利用して、圧電素子２６の両端電圧
が電源２２の負極電圧より低くなるように、圧電素子２
６を放電させる。

【００２４】クランプ回路３２は、圧電素子を充放電状
態で保持した際に、両端電圧が変動する範囲をカットす
るように、圧電素子の充放電時における両端電圧を、所
定の電圧範囲にクランプする。

【００２５】図１（Ｂ）は請求項２記載の発明の原理構
成図を示す。同図中、図１（Ａ）と同一構成部分には同
一符号を付し、その説明を省略する。

【００２６】図１（Ｂ）に示す圧電素子駆動回路は、電
源電圧補正手段３４を有する点に特徴がある。電源電圧
補正手段３４は、充電系２０及び放電系３０により、圧
電素子２６が充放電される際の周期を検知して、その周
期の基づいて可変電源３６に電源電圧の補正を指令す
る。電源電圧の補正指令は、圧電素子の充放電周期が遅
くなるに従って、電源電圧を高く設定するように行われ
る。

【００２７】

【作用】上記図１（Ａ）に示す本発明回路において、前
記充電系２０は、前記圧電素子２６の両端に、前記電源
２２の正極電圧より高い充電電圧を供給する。前記圧電
素子２６は充電されると共に伸長し、その際に相対的な
圧縮力を受ける。このため、前記圧電素子２６の両端電
圧は、充電開始直後に最大電圧までオーバーシュートし
て、その後徐々に低下する。

【００２８】前記放電系３０は、前記インダクタ２８と
前記圧電素子２６とで構成される放電用直列ＬＣ回路の
過渡特性を利用して、前記圧電素子を放電させる。前記
圧電素子２６は電荷を放電すると共に収縮し、上記充電
の場合と同様な理由で引っ張り力を受ける。このため前
記圧電素子２６の両端電圧は、放電開始直後に最小電圧
までオーバーシュートして、その後徐々に高くなる。

【００２９】すなわち、前記圧電素子２６の両端電圧
は、充電開始直後及び放電開始直後にオーバーシュート
して、前記圧電素子２６をこの状態で放置した場合、時
間の経過と共にその両端電圧が変動する。

【００３０】ところで、前記クランプ回路３２は、前記
圧電素子２６を充放電状態で保持した際に、両端電圧が
変動する領域をカットするように作用する。このため、
充放電時に前記圧電素子２６の両端に印加されるオーバ
ーシュート分は、前記クランプ回路３２でカットされ、
前記圧電素子２６の両端電圧は、充放電状態で放置され
ても変動することがない。

【００３１】図１（Ｂ）に示す本発明回路の構成におい
て、前記充電系２０及び前記放電系３０は、上記図１
（Ａ）に示す回路の場合と同様に、前記圧電素子２６の
両端に直列ＬＣ回路の過渡特性を利用した電圧を供給す
る。また、充放電時における前記圧電素子２６の両端電
圧は、上記図１（Ａ）に示す回路の場合と同様に充放電
直後においてオーバーシュートを示す。

【００３２】このため、前記圧電素子２６の両端電圧
は、充放電開始直後にそれぞれ最大値、最小値を示した
後、徐々に絶対値が小さくなる方向に変動する。従っ
て、図１（Ｂ）に示す回路においては、前記圧電素子２
６を充放電させる周期が変動すると、前記圧電素子２６
に一定の伸縮量を生じさせるために必要な充電電圧が変
動し、その周期が長くなるに従って高い充電電圧が要求
される。

【００３３】前記電源電圧補正手段３４は、前記圧電素
子２６の充放電周期を検知して、その周期が長くなるに
従って、前記圧電素子２６の充電電圧が高くなるよう
に、前記可変電源３６の電圧を補正する。従って、前記
圧電素子２６には、充放電周期が変動しても常に一定の
エネルギが供給され、前記圧電素子２６の安定した伸縮
量が確保される。

【００３４】

【実施例】図２は本発明に係る圧電素子駆動回路の一実
施例の回路図を示す。同図中、符号４２は可変直流電源
を示し、外部から設定電圧を指令することによりその出
力電圧が変更される。電源４２両極端子には、抵抗４４
及び４６が直列に接続され、抵抗４４，４６からなるル
ープには電源４２の出力電圧に応じた電流が流れてい
る。

【００３５】符号４８は、電源４２の出力電圧Ｖ_DCに対
するフィードバック制御を行う電圧指令回路を示す。こ
の電圧指令回路４８には、電源４２の出力電圧Ｖ_DCが抵
抗４４と４６とで分圧されて供給されている。また、本
実施例における圧電素子であるチタン酸ジルコン酸鉛
（ＰＺＴ）５０の充電系５２からは、ＰＺＴ５０を充電
する際に流れ込む電流Ｉ_PZTに比例した電流ｉ_PZTが供
給されている。

【００３６】電圧指令回路４８は、ＰＺＴ５０が充電さ
れる際のｉ_PZTを積分して、ＰＺＴ５０に蓄えられた電
荷Ｑを演算し、この値に基づいて圧電素子５０に供給さ
れたエネルギＥ（Ｖ_DC＊Ｑ）を求めている。そして、そ
のエネルギが一定になるように電源４２の出力電圧Ｖ_DC
を制御している。

【００３７】ＰＺＴ５０の充電系５２は、電源４２と、
これと直列に接続したサイリスタ５４及びインダクタ５
６からなる閉ループで構成される。サイリスタ５４はＰ
ＺＴ５０を充電する方向にのみ電流を流すスイッチング
素子として使用され、電子制御装置（ＥＣＵ）５８によ
り制御される。

【００３８】ＰＺＴ５０の両極端子には、上記の充電系
５２の他に２つの閉ループが接続されている。１つは放
電系６０のループで、充電系５２の場合と同様にＥＣＵ
５８に制御されるサイリスタ６２と、インダクタ６４と
をＰＺＴ５０に直列に接続することにより構成してい
る。

【００３９】他方は、本実施例回路の要部であるクラン
プ回路６６からなるループである。クランプ回路６６
は、充電方向の電流を遮断するダイオード６８，抵抗７
０，７４，キャパシタ７２及びツェナーダイオード７６
で構成されている。ツェナーダイオード７６は抵抗７４
及びダイオード６８と直列に接続され、ＰＺＴ５０放電
時における両端電圧を所定値にクランプする。抵抗７０
及びキャパシタ７２は、直列に接続されたツェナーダイ
オード７６と抵抗７４に対して並列に接続され、波形の
平滑化を行っている。

【００４０】尚、ＰＺＴ５０は例えば図３に示す燃料噴
射弁７０の駆動アクチュエータとして使用される。

【００４１】図３中、符号７２は燃料噴射弁７０のハウ
ジングを示し、その一端には燃料噴射口７４が設けられ
ている。また、ハウジング７２内には、噴射口７４を開
閉することができるニードルバルブ７６が配置されてい
る。

【００４２】噴射口７４には燃料通路７８が連通可能に
設けられている。この燃料通路７８は外部の燃料供給源
（図示せず）に連結されており、燃料噴射弁７０には常
に一定の高圧で燃料が供給されている。従って、ニード
ルバルブ７６が噴射口７４を開放すると、燃料通路７８
に供給されていた燃料が一定の高圧で内燃機関の燃焼室
内に噴射されることになる。

【００４３】また、ハウジング７２にはシリンダ８０が
形成される。ニードルバルブ７６の上端部は直径が大き
くなっていてシリンダ８０と摺動可能なピストン８２に
なっている。

【００４４】ＰＺＴ５０は薄板状の圧電素子を多数個軸
方向に積層して１個のピストンとして形成したものであ
り、上下のキャップ８４，８６の間で支持されている。
上方のキャップ８４はハウジング７２の上部壁に当接
し、下方のキャップ８６はシリンダ８０と摺動可能であ
る。

【００４５】すなわち、ＰＺＴ５０は電圧の供給に応じ
て伸縮する際、下方のキャップ８６を移動させることが
できる。尚、ＰＺＴ５０には、駆動電圧を印加するため
のリード線８８，９０が設けられている。シリンダ８０
内では、ピストン８２とキャップ８６との間に油圧室９
２が形成され、また、ピストン８２の下側には復帰用の
皿バネ９４が配置される。

【００４６】従って、ＰＺＴ５０が充電電圧を受けて伸
長すると、キャップ８６及び油圧室９２内の作動油を介
してピストン８２が押圧され、ニードルバルブ７６が噴
射口７４を閉塞し、燃料の供給が停止される。また、Ｐ
ＺＴ５０が、電荷を放電して収縮すると、皿バネ９４が
ピストン８２を押し返し、噴射口７４が燃料通路７８と
連通するため再び燃料の噴射が行われる。

【００４７】上記図２に示す駆動回路は、内燃機関を運
転状態を検知する各種センサ（図示せず）からの信号を
受けて、ＥＣＵ５８が演算した燃料噴射量を忠実に燃焼
室内に供給するためにＰＺＴ５０を充放電させる回路で
ある。この際、ＥＣＵ５８は所望の燃料噴射量を得るた
めに噴射口７４を開弁させておく時間、すなわち燃料噴
射期間ＴＡＵを演算し、そのＴＡＵに基づいて駆動回路
のサイリスタ５４，６２に対して交互にオン信号を送信
する。

【００４８】図４は、上記図２に示す本実施例の圧電素
子駆動回路の動作を説明するためのタイムチャートを示
す。以下、図４に沿って本実施例回路の動作について説
明する。

【００４９】図４（Ｃ）に示すように、時刻時刻ｔ₁に
放電側のサイリスタ６２がオンとなると、ＰＺＴ５０に
充電されていた電荷Ｑがインダクタ６４方向に流れる。
この際、インダクタ６４には電流を流さない向きに逆起
電力が働く。この逆起電力に抗って、ＰＺＴ５０は電荷
Ｑを全て放電する。

【００５０】電荷Ｑが放電されるにつれ、インダクタ６
４を流れる電流が減少しだすと、今度は、インダクタ６
４に電流を流し続けようとする向きの起電力が生ずる。
このため、ＰＺＴ５０に蓄えられていた電荷Ｑが全て放
電された後においても放電電流が引き続き流れ、ＰＺＴ
５０には負の電荷−ｑが蓄えられる。サイリスタ６２に
より電流が逆流できないため、この電荷−ｑはそのまま
ＰＺＴ５０に蓄えられ、その結果、放電後のＰＺＴ５０
の両端電圧は負の電圧となる。

【００５１】ところで、図３に示す燃料噴射弁７０の駆
動に用いられているＰＺＴ５０が電荷を放電する際に
は、上記従来の駆動回路を用いた場合と同様に、ＰＺＴ
５０はその収縮に伴い相対的な引っ張り応力を受ける。

【００５２】このため、圧電素子５０の両端電圧は、本
来図４（Ａ）中に破線で示すように、大きく負側にオー
バーシュートした後、徐々に上昇するという変動を示す
はずである。図５（Ｂ）中の破線はこの変動の様子を拡
大して示したものである。

【００５３】ところが、本実施例回路は、ＰＺＴ５０の
両端電圧を所定のツェナー電圧Ｖ_Z以上にクランプする
クランプ回路６６を有している。このため、圧電素子５
０の両端電圧Ｖ_PZTがＶ_zより低くなることがなく、Ｖ
_PZTの変動軌跡は図４（Ａ）中に実線で示す波形にな
る。

【００５４】つまり、サイリスタ５４がオンとなり、Ｐ
ＺＴ５０から電荷Ｑが放電され始め、両端電圧が負の領
域に達すると、先ず、ＰＺＴ５０と共にキャパシタ７２
に負の電荷が蓄えられる。更に放電が続き、圧電素子５
０の両端電圧がＶ_zに達すると、ツェナーダイオード７
６と抵抗７４のループを通って電流がＰＺＴ５０の正極
側に流れ込む。

【００５５】このため、ＰＺＴ５０に直接流れ込む電流
Ｉ_Cの波形は、図４（Ｂ）中に実線でに示すように、本
来流れるべき電流（図４（Ｂ）中に破線で示す波形）が
途中で途切れたような波形となる。また、本実施例の回
路においては、ツェナー電圧Ｖ_Zを、負電圧のオーバー
シュート分を全てカットする電圧に設定しているため、
放電時における圧電素子８の両端電圧Ｖ_PZTは、図５
（Ｂ）中に実線で示すようにほぼ一定の値となる。

【００５６】従って、充電側のＤサイリスタ５４がオン
（図４（Ｄ）中、時刻ｔ₂）となるまでの間、すなわち
燃料噴射弁７０が燃料を噴射している間（図４（Ｄ）
中、時刻ｔ₁〜ｔ₂）の圧電素子８の両端電圧Ｖ_PZTは
常にＶ_Zとなる。

【００５７】そして、時刻ｔ₂においてサイリスタ５４
がオンとなると、今度は電源４２の電圧Ｖ_DCがインダク
タ５６及びＰＺＴ５０に印加される。このインダクタ５
６とＰＺＴ５０は、上記放電系におけるインダクタ６４
及びＰＺＴ５０と同様な直列ＬＣ回路を構成している。
従って、充電の場合もＰＺＴ５０の両端電圧Ｖ_PZTは、
直列ＬＣ回路の過渡特性を利用して昇圧される。

【００５８】また、ＰＺＴ５０は充電されると伸長する
特性を有している。このため、本実施例においては、充
電されると共に燃料噴射弁７０の内部で伸長する。この
際、上記収縮時の引っ張り応力と同様に、ＰＺＴ５０に
は相対的な圧縮応力がかかることになる。

【００５９】また、本実施例の駆動回路には、ＰＺＴ５
０の両端電圧Ｖ_PZTを高圧側でクランプする回路を設け
ていない。このため、図４（Ａ）に示すように、充電時
におけるＰＺＴ５０の両端電圧Ｖ_PZTは、充電開始直後
にオーバーシュートして最大となり、その後徐々に低下
するという変動を示す。

【００６０】ところで、図５（Ａ）は、充電時にＰＺＴ
５０に所定の伸長を与えるために要求される電源電圧Ｖ
_DCと、燃料噴射弁７０における燃料噴射期間との関係を
示している。ＰＺＴ５０の伸長は、充電電荷Ｑにより決
まる値であり、電荷ＱはＰＺＴ５０の両端に印加される
電圧により決まる値である。

【００６１】本実施例回路において、ＰＺＴ５０の両端
に印加される正味の電圧は、“電源電圧Ｖ_DC”−“充電
開始直前の両端電圧Ｖ_PZT”である。このため、クラン
プ回路６６がなく、放電時のＶ_PZTが図５（Ｂ）中の破
線に示すように時間の経過と共に変動する場合は、図５
（Ａ）に示すように、充電時に要求される電圧Ｖ_DCも、
燃料噴射期間の変化と共に変動することになる。

【００６２】しかし、本実施例回路では、放電時におけ
るＶ_PZTがツェナー電圧Ｖ_Zにクランプされて、常にほ
ぼ一定の値をとる。このため、充電時においてＰＺＴ５
０の両端に印加される正味の電圧を一定にするために要
求される電圧Ｖ_DCも、図５（Ａ）中に実線で示すように
ほぼ一定となる。従って、燃料噴射期間の変動に対し
て、電源４２の出力電圧Ｖ_DCを制御する必要がなく、Ｐ
ＺＴ５０の伸縮が燃料噴射期間の変動にたいして追従で
きなくなることがない。

【００６３】尚、電源４２は従来の回路と同様に、電圧
指令回路４８による電源４２のフィードバック制御が行
われており、経時変化等で、所望の伸縮量を得るために
圧電素子８に供給すべき電圧が変化した際には、その出
力電圧Ｖ_DCを変えて出力することができる。

【００６４】このように、本実施例の回路によれば、燃
料噴射期間が変動しても圧電素子８の充電時に要求され
る電圧がほぼ一定に保持され、電源４２の出力電圧Ｖ_DC
を頻繁に変更する必要がない。従って、従来の駆動回路
が、燃料噴射期間が急激に変化したような場合にはその
変化に追従できずに燃料噴射異常等を引き起こしていた
のに対して、本実施例の回路はこのような異常を引き起
こす恐れがない。

【００６５】また、従来の回路と同様に、電源４２の出
力電圧をフィードバック制御する機能を合わせ持ってい
るため、経時変化等の比較的ゆっくりとした変化に対し
ても良好な安定性を確保することができる。

【００６６】尚、本実施例回路にけるクランプ回路６６
は、放電時の電圧だけをクランプする構成としている
が、これに限るものではなく、より一層ＰＺＴ５０の伸
縮精度を向上させたい場合には、充電時の電圧を合わせ
てクランプしてもよい。

【００６７】図６は本発明に係る圧電素子駆動回路の他
の実施例の回路図を示す。尚、同図において図２と同一
の構成部分については同一の符号を付して、その説明を
省略する。

【００６８】同図中、符号９２は電源電圧補正手段に該
当する電源電圧補正回路を示す。この電源電圧補正回路
９２は、上記図５（Ａ）中に破線で示す、燃料噴射期間
ＴＡＵと充電要求電圧Ｖ_DCとの関係をマップとして有し
ている。そして、ＥＣＵ５８が演算したＴＡＵに基づい
て充電要求電圧をマップから読出し、電源４２の出力電
圧Ｖ_DCを要求電圧に補正する。

【００６９】従って、本実施例の駆動回路においては、
燃料噴射期間が変動すると、それと共に電源４２の出力
電圧Ｖ_DCが変動し、ＰＺＴ５０の両端には常に所望の充
電電圧が印加される。このため、従来の駆動回路がフィ
ードバックによる制御の遅延のため種々の異常を引き起
こす可能性があったのに対して、本実施例の駆動回路で
は、このような制御の遅延がなく、常に所望のＰＺＴ５
０の伸縮量を確保することができる。

【００７０】

【発明の効果】上述の如く、請求項１記載の発明によれ
ば、圧電素子の伸縮に伴う相対的な応力の変化による、
圧電素子の両端電圧の変動分が、クランプ回路によりカ
ットされる。このため、圧電素子の両端電圧を常にほぼ
一定電圧範囲内に保持することができ、充放電が行われ
る周期が頻繁に変動する場合でも、圧電素子の両端電圧
が変動するのを防止することができる。

【００７１】また、請求項２記載の発明によれば、圧電
素子の充放電が行われる周期の変動と共に電源電圧が補
正されるため、充放電時において圧電素子に印加される
電圧が常に所望の値となる。このため、充放電の行われ
る周期によらず、常に所望の圧電素子の伸縮量を確保す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る圧電素子駆動回路の原理図であ
る。

【図２】本発明に係る圧電素子駆動回路の一実施例の回
路図である。

【図３】本実施例の駆動回路で駆動される圧電素子を使
用する燃料噴射弁の構成図である。

【図４】本実施例の駆動回路の動作を説明するための図
である。

【図５】本実施例の駆動回路における電源の充電時要求
電圧と、圧電素子の放電時電圧を示す図である。

【図６】本発明に係る圧電素子駆動回路の他の実施例の
回路図である。

【図７】従来の圧電素子駆動回路の回路図である。

【図８】従来の圧電素子駆動回路の動作を説明するため
の図である。

【符号の説明】

２０，５２充電系３０，６４放電系２２電源２４，２８，５６，６４インダクタ２６，圧電素子３２，６６クランプ回路３４電源電圧補正手段３６，４２可変電源５４，６４サイリスタ５８電子制御装置６６ｃツェナーダイオード９２電源電圧補正回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電素子の充電系及び放電系に、該圧電
素子と直列ＬＣ回路を構成するインダクタを設け、該Ｌ
Ｃ回路の過渡特性を利用して、前記圧電素子の両端電圧
が電源電圧より広い範囲で昇降圧するように、該圧電素
子を充放電させる圧電素子駆動回路において、前記圧電素子を充放電状態で保持した際に、該圧電素子
の両端電圧が変動する範囲をカットするように、前記圧
電素子の充放電時における両端電圧を、所定の電圧範囲
にクランプするクランプ回路を備えることを特徴とする
圧電素子駆動回路。
【請求項２】圧電素子と直列にインダクタを設けて直
列ＬＣ回路を構成し、該ＬＣ回路の過渡特性を利用し
て、前記圧電素子の両端電圧が電源電圧より広い範囲で
昇降圧するように、該圧電素子を充放電させる圧電素子
駆動回路において、前記圧電素子を充放電させる周期を検知して、その周期
が遅くなるに従って前記電源電圧を高く設定する電源電
圧補正手段を備えることを特徴とする圧電素子駆動回
路。