JPH0614077Y2 - Driving circuit for electrostrictive actuator for fuel injection valve - Google Patents

Driving circuit for electrostrictive actuator for fuel injection valve

Info

Publication number
JPH0614077Y2
JPH0614077Y2 JP1987122957U JP12295787U JPH0614077Y2 JP H0614077 Y2 JPH0614077 Y2 JP H0614077Y2 JP 1987122957 U JP1987122957 U JP 1987122957U JP 12295787 U JP12295787 U JP 12295787U JP H0614077 Y2 JPH0614077 Y2 JP H0614077Y2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrostrictive
coil
fuel injection
electrostrictive actuator
constant current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP1987122957U
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6427469U (en
Inventor
正記 光安
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP1987122957U priority Critical patent/JPH0614077Y2/en
Publication of JPS6427469U publication Critical patent/JPS6427469U/ja
Application granted granted Critical
Publication of JPH0614077Y2 publication Critical patent/JPH0614077Y2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 考案の目的 [産業上の利用分野] 本考案は燃料噴射弁の電歪式アクチュエータを駆動する
駆動回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Object of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a drive circuit for driving an electrostrictive actuator of a fuel injection valve.

[従来の技術] この種の駆動回路として、本願出願人は先に特開昭62
−17338号公報記載のものを提案している。提案し
た駆動回路は、内燃機関の各噴射弁に組み込まれた各電
歪式アクチュエータに共通に接続される充電コイル及び
充電用スイッチング素子と、この充電用スイッチング素
子をオンしたとき充電コイルを介して各電歪式アクチュ
エータに直流電圧を印加する直流電源と、各電歪式アク
チュエータ毎に独立に設けられた放電用スイッチング素
子と、各電歪式アクチュエータに共通に接続され放電用
スイッチング素子の1つをオンしたとき対応する電歪式
アクチュエータの放電を促す放電コイルと、を備えて構
成されたものである。この駆動回路は、噴射のタイミン
グ信号にしたがって充電用スイッチング素子をオンする
と充電コイルの自己誘導により急速に総ての電歪式アク
チュエータを充電し、その長さを伸張させる。この結
果、噴射弁の噴射口は閉じて燃料の噴射が終了する。つ
づいて、噴射を開始するために放電用スイッチング素子
をオンにし対応する電歪式アクチュエータの放電を放電
コイルを介して行ない、その長さを縮める。この結果、
噴射弁の噴射口は開かれる。
[Prior Art] As a drive circuit of this type, the applicant of the present invention has previously disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-62.
The one described in Japanese Patent No. -17338 is proposed. The proposed drive circuit includes a charging coil and a charging switching element commonly connected to each electrostrictive actuator incorporated in each injection valve of an internal combustion engine, and a charging coil when the charging switching element is turned on. One of a DC power supply for applying a DC voltage to each electrostrictive actuator, a discharge switching element independently provided for each electrostrictive actuator, and a discharge switching element commonly connected to each electrostrictive actuator And a discharge coil that promotes discharge of the corresponding electrostrictive actuator when the switch is turned on. When the charging switching element is turned on in accordance with the injection timing signal, this drive circuit rapidly charges all the electrostrictive actuators by self-induction of the charging coil and extends the length thereof. As a result, the injection port of the injection valve is closed and the fuel injection is completed. Then, in order to start the injection, the switching element for discharge is turned on and the corresponding electrostrictive actuator is discharged through the discharge coil to shorten its length. As a result,
The injection port of the injection valve is opened.

[考案が解決しようとする問題点] しかしながら、以下に示す点において猶一層の改善が要
望された。すなわち、電歪式アクチュエータが組み込ま
れた噴射弁は機関に取り付けられており、機関の温度が
上昇すると電歪式アクチュエータの取付場所の違いある
いは温度特性係数の違いから電歪式アクチュエータの静
電容量が大きく変化する場合がある。このために、充電
コイルを介して各電歪式アクチュエータに一定の直流電
圧を印加しても、電歪式アクチュエータに蓄えられるエ
ネルギ(1/2CV2,C:電歪式アクチュエータの静電容
量,V:印加電圧)が電歪式アクチュエータによって異
なってしまう。この結果、一定の電圧を一定時間印加し
ても、電歪式アクチュエータの伸縮の変位量が一定とな
らず、噴射燃料量や噴射時期がずれてしまうという問題
があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, further improvement has been demanded in the following points. That is, the injection valve incorporating the electrostrictive actuator is attached to the engine, and when the temperature of the engine rises, the capacitance of the electrostrictive actuator may change due to the difference in the mounting location of the electrostrictive actuator or the difference in the temperature characteristic coefficient. May change significantly. For this reason, even if a constant DC voltage is applied to each electrostrictive actuator via the charging coil, the energy (1/2 CV 2 , C: electrostatic capacity of the electrostrictive actuator, stored in the electrostrictive actuator, V: applied voltage) varies depending on the electrostrictive actuator. As a result, even if a constant voltage is applied for a certain period of time, the amount of expansion / contraction displacement of the electrostrictive actuator is not constant, and there is a problem in that the amount of injected fuel and the injection timing deviate.

本考案の燃料噴射弁用電歪式アクチュエータの駆動回路
は、電歪式アクチュエータの伸縮の変位量を一定に保つ
ことを目的とする。
The drive circuit of the electrostrictive actuator for a fuel injection valve of the present invention aims to keep the amount of expansion and contraction displacement of the electrostrictive actuator constant.

考案の構成 [問題点を解決するための手段] 上記目的を達成するために本考案の燃料噴射弁用電歪式
アクチュエータの駆動回路は、 内燃機関に燃料噴射を行なう複数の燃料噴射弁に夫々設
けられた複数の電歪式アクチュエータを各々充放電する
ことにより、各電歪式アクチュエータを伸縮させる燃料
噴射弁用電歪式アクチュエータの駆動回路であって、 一次側コイルおよび二次側コイルからなる昇圧用の変圧
器と、 該変圧器の一次側コイルに定電流を供給する定電流回路
と、 該定電流回路を燃料噴射前に予め動作させておき、外部
から入力される燃料噴射終了を表す制御信号に従って当
該定電流回路を停止させることで、前記一次側コイルに
流れる電流を一定量だけ減少させる定電流制御回路と、 前記二次側コイルに接続され、前記定電流接続回路の動
作によって前記一次側コイルに流れる電流が一定量だけ
減少した際に前記二次側コイルに誘起される電力によっ
て前記各電歪式アクチュエータを充電する共通ダイオー
ドと、 前記各電歪式アクチュエータ毎に接続され、前記各電歪
式アクチュエータに蓄積された電荷の放電を阻止する個
別ダイオードと、 前記各電歪式アクチュエータに共通に設けられ、各電歪
式アクチュエータに蓄積された電荷を放電するための放
電用コイルと、 前記各電歪式アクチュエータ毎に設けられ、一端が前記
電歪式アクチュエータと前記個別ダイオードとの間に接
続され、他端が前記放電用コイルに接続され、外部から
入力される燃料噴射開始を表す制御信号に従って一時的
に導通するスイッチング素子と、 を備える。
Configuration of the Invention [Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, a drive circuit of an electrostrictive actuator for a fuel injection valve of the present invention is provided with a plurality of fuel injection valves for injecting fuel into an internal combustion engine. A drive circuit for an electrostrictive actuator for a fuel injection valve that expands and contracts each electrostrictive actuator by charging and discharging each of the provided electrostrictive actuators, which is composed of a primary coil and a secondary coil. A step-up transformer, a constant current circuit that supplies a constant current to the primary coil of the transformer, and a constant current circuit that is operated in advance before fuel injection to indicate the end of fuel injection input from the outside. A constant current control circuit that reduces the current flowing through the primary side coil by a fixed amount by stopping the constant current circuit according to a control signal; A common diode that charges each electrostrictive actuator by the electric power induced in the secondary coil when the current flowing in the primary coil is reduced by a certain amount by the operation of the flow connection circuit; An individual diode, which is connected to each actuator and blocks discharge of electric charges accumulated in each electrostrictive actuator, and a common diode provided in each electrostrictive actuator, which discharges electric charges accumulated in each electrostrictive actuator Discharge coil for, and is provided for each of the electrostrictive actuator, one end is connected between the electrostrictive actuator and the individual diode, the other end is connected to the discharge coil, from the outside A switching element that is temporarily turned on in accordance with a control signal indicating the start of fuel injection that is input.

電歪式アクチュエータは、電圧を加えることにより力学
的な歪みを発生する性質を有した結晶体から構成された
ものであればよく、チタン酸ジルコニウム鉛系セラミッ
クスやBaTiO3(チタン酸バリウム)セラミックス
等を積層してなる圧電素子やポリマー系圧電極材料、水
晶等で構成してもよい。こうした電歪式アクチュエータ
は、直接燃料噴射弁の弁体を駆動する構成やてこ等を利
用して間接的に弁体を駆動する構成のいずれでもよい。
The electrostrictive actuator may be made of a crystal having a property of generating mechanical strain by applying a voltage, such as lead zirconium titanate-based ceramics and BaTiO 3 (barium titanate) ceramics. It may be constituted by a piezoelectric element formed by stacking, a polymer-based piezoelectric electrode material, crystal, or the like. Such an electrostrictive actuator may have a configuration of directly driving the valve element of the fuel injection valve or a configuration of indirectly driving the valve element using a lever or the like.

[作用] 本考案の燃料噴射用電歪式アクチュエータ駆動回路によ
れば、定電流制御回路が燃料噴射前に予め定電流回路を
動作させて変圧器の一次側コイルに定電流を供給してお
き、燃料噴射終了を表す制御信号に従って定電流回路を
停止させて一次側コイルへの電流の供給を止めることに
より、一次側コイルに流れる電流は一定値だけ変化す
る。
[Operation] According to the electrostrictive actuator drive circuit for fuel injection of the present invention, the constant current control circuit operates the constant current circuit in advance before fuel injection to supply a constant current to the primary coil of the transformer. By stopping the constant current circuit according to the control signal indicating the end of fuel injection to stop the current supply to the primary coil, the current flowing through the primary coil changes by a constant value.

このとき変圧器においては、一次側コイルでの電流値の
変化に応じて、二次側コイルに昇圧された一定の電力が
誘起される。
At this time, in the transformer, a constant boosted electric power is induced in the secondary coil according to the change in the current value in the primary coil.

そして、二次側コイルに直列に接続された共通ダイオー
ドにより、一次側コイルに流れる電流が減少した場合に
だけ、この二次側コイルに誘起された一定の電力で、電
歪式アクチュエータを充電する。
The common diode connected in series to the secondary coil charges the electrostrictive actuator with constant power induced in the secondary coil only when the current flowing in the primary coil decreases. .

このようにして電歪式アクチュエータが充電された状態
にあるとき、燃料噴射開始を表す制御信号に従ってスイ
ッチング素子が一時的に導通すると、電歪式アクチュエ
ータに蓄積された電荷は放電用コイルを介して放電され
る。
In this way, when the electrostrictive actuator is in a charged state, when the switching element is temporarily turned on in accordance with the control signal indicating the start of fuel injection, the charge accumulated in the electrostrictive actuator is transferred via the discharge coil. Is discharged.

このとき、放電用コイルは、放電を促す働きをするの
で、電歪式アクチュエータの充電電位は負電位にまでな
る。
At this time, the discharge coil functions to promote discharge, so that the charge potential of the electrostrictive actuator becomes a negative potential.

また、個別ダイオードは、放電されていない電歪式アク
チュエータに蓄積されている電荷が、放電された電歪式
アクチュエータに向かって流れることを阻止する。
In addition, the individual diodes prevent the electric charge accumulated in the non-discharged electrostrictive actuator from flowing toward the discharged electrostrictive actuator.

つまり、全ての電歪式アクチュエータが充電されている
状態において、特定のスイッチング素子を燃料噴射開始
を表す制御信号により動作させると、動作させられたス
イッチング素子が接続されている電歪式アクチュエータ
は、蓄えられた電荷が放電されることにより収縮し、燃
料噴射弁を開いて燃料噴射を開始する。そして、定電流
制御回路が燃料噴射終了を表す制御信号に従って定電流
回路を作動状態から停止状態に変化させると、一次側コ
イルに流れる電流は一定値からゼロに変化し、この電流
値の変化に応じた一定の大きさの電力が二次側コイルに
誘起され、放電された電歪式アクチュエータを充電す
る。電歪式アクチュエータは、充電されることにより伸
張し、燃料噴射弁を塞いで燃料噴射を停止する。
That is, in a state where all the electrostrictive actuators are charged, when a specific switching element is operated by a control signal indicating the start of fuel injection, the electrostrictive actuator to which the operated switching element is connected is The stored charge is discharged and contracts, and the fuel injection valve is opened to start fuel injection. Then, when the constant current control circuit changes the constant current circuit from the operating state to the stop state according to the control signal indicating the end of fuel injection, the current flowing through the primary coil changes from a constant value to zero, and this current value changes. A corresponding amount of electric power is induced in the secondary coil to charge the discharged electrostrictive actuator. The electrostrictive actuator extends by being charged, closes the fuel injection valve, and stops fuel injection.

[実施例] 以上説明した本考案の構成を一層明らかにする為に、本
考案の実施例を図面に基づいて説明する。本実施例の電
歪式アクチュエータはチタン酸ジルコニウム鉛系セラミ
ックスの圧電素子を用いて構成される。第1図は圧電素
子アクチュエータを駆動する圧電素子アクチュエータ駆
動回路の構成を表す。第2図は圧電素子アクチュエータ
駆動回路が適用された4気筒ディーゼルエンジン及びそ
の周辺機器の構成を概略的に表す。第3図は圧電素子ア
クチュエータが組み込まれた燃料噴射弁の構造を示す。
[Embodiment] An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings in order to further clarify the configuration of the present invention described above. The electrostrictive actuator of this embodiment is constituted by using a piezoelectric element made of lead zirconium titanate-based ceramics. FIG. 1 shows the configuration of a piezoelectric element actuator drive circuit for driving the piezoelectric element actuator. FIG. 2 schematically shows a configuration of a 4-cylinder diesel engine to which a piezoelectric element actuator drive circuit is applied and its peripheral equipment. FIG. 3 shows the structure of a fuel injection valve incorporating a piezoelectric element actuator.

始めに、第2図を用いて、ディーゼルエンジン1全体の
構成について説明する。ディーゼルエンジン1には、各
気筒毎に燃焼室への直噴を行なう燃料噴射弁8a,8
b,8c,8dが設けられている。このディーゼルエン
ジン1への吸気は過給機Tより吸気マニホールド9を介
して行なわれる。
First, the overall configuration of the diesel engine 1 will be described with reference to FIG. The diesel engine 1 has fuel injection valves 8a, 8a for direct injection into the combustion chamber for each cylinder.
b, 8c, 8d are provided. The intake of the diesel engine 1 is performed by the supercharger T via the intake manifold 9.

燃料噴射弁8a,8b,8c,8dは燃料供給管10を
介して各気筒に共通の燃料蓄圧管11に連結される。燃
料蓄圧器11はその内部に容積一定の蓄圧室12を有
し、この蓄圧室12内の燃料が燃料供給管10を介して
燃料噴射弁8a,8b,8c,8dに供給される。一
方、蓄圧室12は燃料供給管13を介して吐出圧制御可
能な燃料供給ポンプ14の突出口に連結される。燃料供
給ポンプ14の吸込口は燃料ポンプ15の吐出口に連結
され、この燃料ポンプ15の吸込口は燃料リザーバタン
ク16に連結される。また、各燃料噴射弁8a,8b,
8c,8dは燃料返却導管17を介して燃料リザーバタ
ンク16に連結される。燃料ポンプ15は燃料リザーバ
タンク16内の燃料を燃料供給ポンプ14内に送り込む
ために設けられており、燃料ポンプ15がなくとも燃料
供給ポンプ14内に燃料を吸込むことが可能な場合には
燃料ポンプ15を特に設ける必要はない。これに対して
燃料供給ポンプ14は高圧の燃料を吐出するために設け
られており、燃料供給ポンプ14から吐出された高圧の
燃料は蓄圧室12内に蓄積される。この圧力をレール圧
とも呼ぶ。
The fuel injection valves 8a, 8b, 8c, 8d are connected via a fuel supply pipe 10 to a fuel pressure accumulation pipe 11 common to each cylinder. The fuel pressure accumulator 11 has a pressure accumulation chamber 12 having a constant volume therein, and the fuel in the pressure accumulation chamber 12 is supplied to the fuel injection valves 8a, 8b, 8c, 8d via the fuel supply pipe 10. On the other hand, the pressure accumulating chamber 12 is connected via a fuel supply pipe 13 to a projecting port of a fuel supply pump 14 whose discharge pressure can be controlled. The suction port of the fuel supply pump 14 is connected to the discharge port of the fuel pump 15, and the suction port of the fuel pump 15 is connected to the fuel reservoir tank 16. In addition, each fuel injection valve 8a, 8b,
8c and 8d are connected to a fuel reservoir tank 16 via a fuel return conduit 17. The fuel pump 15 is provided to feed the fuel in the fuel reservoir tank 16 into the fuel supply pump 14, and if the fuel can be sucked into the fuel supply pump 14 without the fuel pump 15, the fuel pump 15 It is not necessary to provide 15 in particular. On the other hand, the fuel supply pump 14 is provided for discharging high-pressure fuel, and the high-pressure fuel discharged from the fuel supply pump 14 is accumulated in the pressure accumulating chamber 12. This pressure is also called rail pressure.

またディーゼルエンジン1には、エンジン1の運転状態
を検出するために、2つのクランク角センサ21,2
2、冷却水温センサ24、過給圧センサ26及び燃料圧
センサ28等が設けられている。電子制御装置(以下E
CUとも言う)30は、周知のCPUを中心とした算術
論理演算回路から構成されており、上記各センサの出力
及びアクセルペダル32の出力に基づいて、圧電素子ア
クチュエータ駆動回路40及びポンプ駆動装置45に制
御信号を送り、燃料噴射量及び噴射時期を制御してディ
ーゼルエンジン1の出力を好適なものとする。
Further, the diesel engine 1 has two crank angle sensors 21, 2 for detecting the operating state of the engine 1.
2, a cooling water temperature sensor 24, a supercharging pressure sensor 26, a fuel pressure sensor 28 and the like are provided. Electronic control unit (hereinafter E
A CU) 30 is composed of a well-known arithmetic logic operation circuit centering on a CPU, and based on the outputs of the above sensors and the output of the accelerator pedal 32, a piezoelectric element actuator drive circuit 40 and a pump drive device 45. To control the fuel injection amount and the injection timing to make the output of the diesel engine 1 suitable.

つづいて、ディーゼルエンジン1のシリンダヘッド51
に取り付けられた燃料噴射弁8a,8b,8c,8dに
ついて説明するが、総ての燃料噴射弁は同じ構造をして
いるので燃料噴射弁8aについてだけ説明する。燃料噴
射弁8aは、圧電素子72a、油圧ピストン53を収納
するハウジング55、シリンダヘッド51のノズル孔5
8に挿通されるノズルボディ60、これらのハウジング
55、ノズルボディ60を支持するノズルホルダ63、
およびノズルボディ60に収納されたニードル65等か
ら構成される。このニードル65は先端から小径部、テ
ーパ部、大径部に形成され、軸方向に移動することによ
ってノズルボディ60の先端に形成された噴口67を開
閉する。また、ニードル65のテーパ部周囲には油溜り
70が形成されている。
Next, the cylinder head 51 of the diesel engine 1
The fuel injection valves 8a, 8b, 8c, 8d mounted on the fuel injection valve 8a will be described. However, since all the fuel injection valves have the same structure, only the fuel injection valve 8a will be described. The fuel injection valve 8a includes a piezoelectric element 72a, a housing 55 that houses the hydraulic piston 53, and a nozzle hole 5 of the cylinder head 51.
8, a nozzle body 60 that is inserted through the housing 8, a housing 55 for these, a nozzle holder 63 that supports the nozzle body 60,
And a needle 65 and the like housed in the nozzle body 60. The needle 65 is formed in a small diameter portion, a tapered portion, and a large diameter portion from the tip, and moves in the axial direction to open and close the injection port 67 formed at the tip of the nozzle body 60. An oil sump 70 is formed around the tapered portion of the needle 65.

ノズルホルダ63の側部には円柱状の突出部71が形成
されており、この突出部71は蓄圧管11の径方向に設
けられた一対の孔に挿通されて、Oリング73を介装し
た状態で固定される。突出部71の内部に形成された通
路75は、蓄圧室12とノズルボディ60の油溜り70
とを連通する。したがって、蓄圧室12の高圧燃料は油
溜り70に導かれ、ニードル65のテーパ部に上方向
(開弁方向)の力を与えることになる。また、ハウジン
グ55内加圧室76には燃料が充填されており、加圧室
76の燃料の圧力はノズルホルダ63に形成された通路
77を介してニードル65の大径部端面に印加される。
この燃料の圧力は圧電素子72aの伸縮によって増減す
る。
A cylindrical protrusion 71 is formed on a side portion of the nozzle holder 63, and the protrusion 71 is inserted into a pair of holes provided in the radial direction of the pressure accumulating pipe 11 to interpose an O-ring 73. Fixed in the state. The passage 75 formed inside the protruding portion 71 is provided with an oil reservoir 70 for the pressure accumulating chamber 12 and the nozzle body 60.
Communicate with. Therefore, the high-pressure fuel in the pressure accumulating chamber 12 is guided to the oil sump 70, and exerts an upward force (valve opening direction) on the tapered portion of the needle 65. Further, the pressurizing chamber 76 in the housing 55 is filled with fuel, and the fuel pressure in the pressurizing chamber 76 is applied to the end surface of the large diameter portion of the needle 65 via the passage 77 formed in the nozzle holder 63. .
The pressure of this fuel increases or decreases as the piezoelectric element 72a expands or contracts.

したがって、圧電素子72aに電圧を印加している間
は、圧電素子72aが伸長し油溜り70の燃料圧に打ち
勝ってニードル65を下方に押圧し噴口67を塞ぐが、
圧電素子72aへの印加電圧を取り除くと電圧素子72
aが縮んでニードル65を下方に押圧する力は失くな
る。この結果、油溜り70の燃料圧によってニードル6
5はリフトし噴口67が開いて噴射が実行される。
Therefore, while the voltage is applied to the piezoelectric element 72a, the piezoelectric element 72a expands to overcome the fuel pressure in the oil sump 70 and press the needle 65 downward to close the injection port 67,
When the voltage applied to the piezoelectric element 72a is removed, the voltage element 72
The force of pressing the needle 65 downward is lost due to the contraction of a. As a result, the fuel pressure in the oil sump 70 causes the needle 6
5 is lifted, the injection port 67 is opened, and injection is performed.

次に本実施例における圧電素子アクチュエータ駆動回路
40の構成及びその働きについて詳しく説明する。
Next, the configuration and function of the piezoelectric element actuator drive circuit 40 in this embodiment will be described in detail.

第1図に示すように、圧電素子アクチュエータ駆動回路
40は、変圧器42と、この変圧器42の一次側コイル
を流れる電流を制御する電流制限部と、変圧器42の二
次側コイルに接続された4個の圧電素子72a,72
b,72c,72dを駆動する駆動部とから構成され
る。
As shown in FIG. 1, the piezoelectric element actuator drive circuit 40 is connected to a transformer 42, a current limiting unit that controls a current flowing through a primary coil of the transformer 42, and a secondary coil of the transformer 42. Four piezoelectric elements 72a, 72
b, 72c, and 72d.

電流制限部は、バッテリ82、変圧器42の一次側コイ
ル、スイッチングトランジスタTr1、電流検出用抵抗
器R2からなる閉回路のスイッチングトランジスタTr
1をオンオフ制御して変圧器42の一次側に流れる電流
を正確に所定量変化させる回路であり、制御用の安定化
された12[V]の電圧を出力するために、車載のバッ
テリ82に接続された電圧レギュレータ84を有する。
ECU30からの充電信号によってスイッチング動作を
行なうPチャンネルFET86及びNチャンネルFET
88は、コンデンサC1に、PチャンネFET86がオ
ンしたとき抵抗器R1を介して電圧レギュレータ84か
ら充電を行ない、またNチャンネルFETがオンしたと
き放電を行なうよう接続されている。こうして充放電が
行なわれるコンデンサC1の一端は、オペアンプ90の
プラス側の入力端子に接続されており、オペアンプ90
のマイナス側入力端子には変圧器42の一次側コイルを
流れる電流を検出する抵抗器R2の両端電圧が入力され
ている。このオペアンプ90の出力は抵抗器R3を介し
てスイッチングトランジスタTr1のベースに接続され
る。
The current limiting unit is a closed-circuit switching transistor Tr including a battery 82, a primary coil of the transformer 42, a switching transistor Tr1, and a current detection resistor R2.
1 is a circuit that controls ON / OFF of 1 to accurately change the current flowing through the primary side of the transformer 42 by a predetermined amount, and is output to a vehicle-mounted battery 82 in order to output a stabilized voltage of 12 [V] for control. It has a voltage regulator 84 connected to it.
A P-channel FET 86 and an N-channel FET that perform a switching operation according to a charge signal from the ECU 30
88 is connected to the capacitor C1 to charge from the voltage regulator 84 via the resistor R1 when the P-channel FET 86 turns on, and to discharge when the N-channel FET turns on. One end of the capacitor C1 that is charged and discharged in this way is connected to the positive input terminal of the operational amplifier 90, and
The voltage across the resistor R2 that detects the current flowing through the primary coil of the transformer 42 is input to the negative input terminal of the. The output of the operational amplifier 90 is connected to the base of the switching transistor Tr1 via the resistor R3.

駆動部は、各圧電素子72a,72b,72c,72d
への充電を一方向に限定するダイオード99、各圧電素
子72a,72b,72c,72d毎に設けられた放電
用のサイリスタ91a,91b,91c,91d、EC
U30からの噴射信号をサイリスタ駆動用のトリガ信号
として生成する微分回路93、各圧電素子72a,72
b,72c,72dに蓄えられたエネルギの放出を促す
放電用コイル95、及び圧電素子72a,72b,72
c,72dのうち1つが放電するとき他の圧電素子から
の放電を阻止するダイオード98a,98b,98c,
98dを有する。
The drive unit is composed of the piezoelectric elements 72a, 72b, 72c, 72d.
99 for limiting charging to one direction, thyristors 91a, 91b, 91c, 91d for discharge provided in each piezoelectric element 72a, 72b, 72c, 72d, EC
Differentiating circuit 93 that generates an injection signal from U30 as a trigger signal for driving a thyristor, each piezoelectric element 72a, 72
b, 72c, 72d, discharge coil 95 for promoting the discharge of energy stored in piezoelectric elements 72a, 72b, 72
diodes 98a, 98b, 98c, which prevent discharge from other piezoelectric elements when one of c and 72d discharges.
With 98d.

つづいて、圧電素子アクチュエータ駆動回路40の動作
を第4図のタイミングチャートにもとづいて説明する。
ECU30からFET86,88のゲート端子にハイレ
ベル電圧の充電信号(第4図参照)が入力されると、N
チャンネルFET88がオフしてPチャンネルFET8
6がオンする。PチャンネルFET86が導通すると、
コンデンサC1の端子電圧は、時定数C1R1の立ち上
がり時間で徐々に電圧レギュレータ84の安定化された
出力電圧Vまで高まる。コンパレータ90はコンデン
サC1の端子電圧に抵抗器R2の電圧が一致するよう一
次側コイルに流れる電流を制御し、コンデンサC1の端
子電圧が安定化された電圧Vに達すると一次側コイル
に流れる電流を一定の電流値Iにフィードバック制御
する。一次側コイルに一定の電流Iが流れている状態
で、ECU30から一定パルス幅の噴射信号A(第4図
参照)を微分回路93の端子Aに入力すると微分回路9
3は狭いパルス幅のパルス信号を生成し、このパルス信
号はサイリスタ91aのトリガ信号として働きサイリス
タ91aをオンにする。圧電素子72aは予め充電され
ていてプラス500[V]の端子電圧を有しているが、
サイリスタ91aがオンになると放電用コイル95の自
己誘電により急速に放電してマイナス200[V]の端
子電圧まで下がる。このとき、オンしたサイリスタ91
aと他の圧電素子72b,72c,72dとはダイオー
ド98b,98c,98dによって導通を阻止されるの
で圧電素子72aだけが放電されることになる。圧電素
子72aの放電が終了すると再びサイリスタ91aはオ
フになる。この結果、圧電素子72aの長さが縮まって
燃料噴射弁8aの噴孔67が開き燃料の噴射が実行され
る。つづいて、ECU30は、噴射信号Aの立ち下がり
に同期して充電信号をハイレベル電圧からローレベル電
圧に下げるが、このときの様子を詳しく説明する。FE
T86,FET88のゲート端子の電圧がローレベル電
圧になると今度はPチャンネルFET86がオフしてN
チャンネルFET88がオンする。オンしたNチャンネ
ルFET88を介してコンデンサC1に蓄えられていた
電荷は瞬時に放電し、コンデンサC1の端子電圧はグラ
ンド電位に下がる。したがって、オペアンプ90は一次
側コイルに流れていた定電流Iを一気に零にしてしま
う。この結果、二次側コイルには相互誘導により一次側
電流の変化分(電流I→零)に見合った一定のエネル
ギの起電力が発生し、このエネルギが放電したばかりの
圧電素子72aに総て供給される。エネルギが供給され
ると圧電素子72aの端子電圧は再び500[V]とな
って、次の噴射時期までその電圧を維持する。
Next, the operation of the piezoelectric element actuator drive circuit 40 will be described with reference to the timing chart of FIG.
When a high-level voltage charging signal (see FIG. 4) is input from the ECU 30 to the gate terminals of the FETs 86 and 88, N
The channel FET 88 turns off and the P channel FET 8
6 turns on. When the P-channel FET 86 becomes conductive,
The terminal voltage of the capacitor C1 gradually increases to the stabilized output voltage V 0 of the voltage regulator 84 at the rising time of the time constant C1R1. The comparator 90 controls the current flowing through the primary coil so that the voltage of the resistor R2 matches the terminal voltage of the capacitor C1, and the current flowing through the primary coil when the terminal voltage of the capacitor C1 reaches the stabilized voltage V 0. Is feedback-controlled to a constant current value I 0 . When the injection signal A (see FIG. 4) having a constant pulse width is input from the ECU 30 to the terminal A of the differentiating circuit 93 while the constant current I 0 is flowing through the primary coil, the differentiating circuit 9
3 generates a pulse signal having a narrow pulse width, and this pulse signal acts as a trigger signal for the thyristor 91a and turns on the thyristor 91a. The piezoelectric element 72a is precharged and has a terminal voltage of plus 500 [V],
When the thyristor 91a is turned on, the self-dielectric of the discharge coil 95 causes a rapid discharge, and the voltage drops to a terminal voltage of −200 [V]. At this time, the thyristor 91 turned on
Since a and the other piezoelectric elements 72b, 72c, 72d are blocked from conduction by the diodes 98b, 98c, 98d, only the piezoelectric element 72a is discharged. When the discharge of the piezoelectric element 72a is completed, the thyristor 91a is turned off again. As a result, the length of the piezoelectric element 72a is shortened and the injection hole 67 of the fuel injection valve 8a is opened to inject fuel. Subsequently, the ECU 30 lowers the charge signal from the high level voltage to the low level voltage in synchronization with the fall of the injection signal A. The state at this time will be described in detail. FE
When the voltage of the gate terminal of T86 and FET88 becomes a low level voltage, the P-channel FET86 is turned off and N
The channel FET 88 turns on. The electric charge stored in the capacitor C1 is instantaneously discharged through the turned-on N-channel FET 88, and the terminal voltage of the capacitor C1 falls to the ground potential. Therefore, the operational amplifier 90 makes the constant current I 0 flowing through the primary coil zero at once. As a result, due to mutual induction, an electromotive force of constant energy corresponding to the change amount of the primary side current (current I 0 → zero) is generated in the secondary side coil, and this energy is totally accumulated in the piezoelectric element 72a just discharged. Supplied. When the energy is supplied, the terminal voltage of the piezoelectric element 72a becomes 500 [V] again, and the voltage is maintained until the next injection timing.

このように圧電素子アクチュエータ駆動回路40は、変
圧器42の二次側コイルに誘起される一定のエネルギ
を、各圧電素子72a,72b,72c,72dのうち
放電した直後の圧電素子に総て供給し、各圧電素子72
a,72b,72c,72dの伸縮の変位量を常に一定
にして噴射を行なう。
As described above, the piezoelectric element actuator drive circuit 40 supplies the constant energy induced in the secondary coil of the transformer 42 to all the piezoelectric elements 72a, 72b, 72c, 72d immediately after being discharged. Then, each piezoelectric element 72
Injection is performed with the amount of expansion / contraction of a, 72b, 72c, and 72d always kept constant.

したがって、本実施例の圧電素子アクチュエータ駆動回
路40によれば、エンジン1に設けられた燃料噴射弁8
a,8b,8c,8dの温度が上昇し圧電素子72a,
72b,72c,72dの静電容量が個々に変化して
も、圧電素子の変位量は与えられたエネルギによって決
まってしまうことからその変位量を一定に保つことがで
きる。この結果、噴射時期や燃料噴射量のばらつきを解
消し、好適な燃料噴射を実現できる。また、過剰にエネ
ルギを供給することもなくなり電力の節約を図ることが
できると共に消費電力の設定を容易にすることができ
る。
Therefore, according to the piezoelectric element actuator drive circuit 40 of the present embodiment, the fuel injection valve 8 provided in the engine 1
The temperature of a, 8b, 8c, 8d rises and the piezoelectric elements 72a,
Even if the electrostatic capacities of 72b, 72c, and 72d individually change, the displacement amount of the piezoelectric element is determined by the applied energy, so that the displacement amount can be kept constant. As a result, it is possible to eliminate variations in the injection timing and the fuel injection amount and realize suitable fuel injection. In addition, it is possible to save electric power without supplying excessive energy, and it is possible to easily set the power consumption.

さらに、変圧器42は500[V]の高電圧が圧電素子
72a,72b,72c,72dに印加される駆動部と
一次側コイルへの電流を制御する電流制限部とをアイソ
レーションするので、それぞれの制御及び取扱いを容易
にできる。
Further, since the transformer 42 isolates the drive unit in which a high voltage of 500 [V] is applied to the piezoelectric elements 72a, 72b, 72c, 72d and the current limiting unit for controlling the current to the primary side coil, respectively. Can be easily controlled and handled.

また、電源部としての電流制限部や二次側コイル、放電
用コイル95は、各圧電素子72a,72b,72c,
72dに対して共通化されるので、部品点数を減らし構
成を簡略化できる。したがって、従来、各圧電素子毎に
設けられたコイル等の特性のばらつきは生じない。
Further, the current limiting unit as the power supply unit, the secondary coil, and the discharge coil 95 are provided in the piezoelectric elements 72a, 72b, 72c,
Since it is shared with 72d, the number of parts can be reduced and the configuration can be simplified. Therefore, conventionally, there is no variation in the characteristics of the coil or the like provided for each piezoelectric element.

考案の効果 以上詳述したように本考案の燃料噴射弁用電歪式アクチ
ュエータにおいては、放電された電歪式アクチュエータ
を再度充電する際に、変圧器の一次側コイルに流れる電
流値を一定値だけ変化させることにより、変圧器の二次
側コイルに常に一定の電力を誘起させ、この誘起された
一定の電力により電歪式アクチュエータを充電するよう
に構成されている。また電歪式アクチュエータの伸縮の
変位量は、電歪式アクチュエータに蓄えられたエネルギ
により決まる。
Effect of the Invention As described in detail above, in the electrostrictive actuator for a fuel injection valve of the present invention, when the discharged electrostrictive actuator is recharged, the current value flowing in the primary coil of the transformer is kept constant. By changing only this, constant electric power is always induced in the secondary coil of the transformer, and the electrostrictive actuator is charged by the constant electric power thus induced. The amount of expansion / contraction displacement of the electrostrictive actuator is determined by the energy stored in the electrostrictive actuator.

従って、本考案によれば、燃料噴射弁の温度が上昇し電
歪式アクチュエータの静電容量が変化しても、電歪式ア
クチュエータを充電する際には、常に一定のエネルギが
電歪式アクチュエータに供給されるので、電歪式アクチ
ュエータの伸縮の変位量を一定に維持できるという優れ
た効果を奏する。そしてこれにより、噴射時期や燃料噴
射量が燃料噴射弁毎に誤差を生じてしまうことを回避で
き、好適な燃料噴射を実現できる。
Therefore, according to the present invention, even when the temperature of the fuel injection valve rises and the capacitance of the electrostrictive actuator changes, a constant energy is always applied when the electrostrictive actuator is charged. Is supplied to the electrostrictive actuator, the advantageous effect that the amount of expansion / contraction of the electrostrictive actuator can be maintained constant. And thereby, it can avoid that the injection timing and the amount of fuel injection produce an error for every fuel injection valve, and can realize suitable fuel injection.

また、本考案においては、電歪式アクチュエータを充電
する際に、変圧器の一次側コイルに一定電流が流れる状
態にした後、定電流回路を停止させることにより二次側
コイルに電力を供給しており、この必要最小限の間だけ
電流が流るように構成されている。
Further, in the present invention, when charging the electrostrictive actuator, after supplying a constant current to the primary coil of the transformer, the constant current circuit is stopped to supply power to the secondary coil. The current is configured to flow only during this minimum required time.

従って、本考案によれば、過剰なエネルギが電歪式アク
チュエータに供給されることはなくなり、電力の節約を
図ることがてきると共に消費電力の設計を容易にでき
る。
Therefore, according to the present invention, an excessive amount of energy is not supplied to the electrostrictive actuator, power can be saved, and power consumption can be easily designed.

また、本考案においては、電歪式アクチュエータの放電
時に、放電用コイルの動作により電歪式アクチュエータ
に負電圧が印加され、電歪式アクチュエータは収縮方向
にも変位するので、正電圧のみ印加され伸張方向にだけ
電歪式アクチュエータが変位する場合と比較して、低い
電圧で同じ変位量を得ることができ、電歪式アクチュエ
ータの耐電圧上有利である。
Further, in the present invention, when the electrostrictive actuator is discharged, a negative voltage is applied to the electrostrictive actuator by the operation of the discharge coil, and the electrostrictive actuator is also displaced in the contraction direction, so only a positive voltage is applied. Compared with the case where the electrostrictive actuator is displaced only in the extension direction, the same displacement amount can be obtained at a low voltage, which is advantageous in terms of withstand voltage of the electrostrictive actuator.

さらに、変圧器によって定電流を発生させる一次側の回
路と高電圧を必要とする二次側回路とをアイソレーショ
ンできるので、これらの制御及び取扱いを容易にでき
る。
Furthermore, the transformer can isolate the primary side circuit that generates a constant current from the secondary side circuit that requires a high voltage, so that they can be easily controlled and handled.

また、コイル及び電流制限回路は複数の電歪式アクチュ
エータに共通に構成しているので、部品点数を大幅に減
らすことができる他、各電歪式アクチュエータ毎にコイ
ル等を設けた場合における特性のばらつきは生じない。
In addition, since the coil and the current limiting circuit are configured in common for a plurality of electrostrictive actuators, the number of parts can be significantly reduced, and in addition, the characteristic of the case where a coil or the like is provided for each electrostrictive actuator is improved. There is no variation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は実施例の圧電素子アクチュエータ駆動回路の構
成を表す回路図、第2図はディーゼルエンジン及び周辺
機器を概略的に表す構成図、第3図は燃料噴射弁周囲の
構造を表す断面図、第4図は圧電素子アクチュエータ駆
動回路の各部の電圧または電流の変化を表すタイミング
チャートである。 1……ディールエンジン 8a,8b,8c,8d……燃料噴射弁 40……圧電素子アクチュエータ駆動回路 42……変圧器 72a,72b,72c,72d……圧電素子
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a piezoelectric element actuator drive circuit of an embodiment, FIG. 2 is a configuration diagram schematically showing a diesel engine and peripheral equipment, and FIG. 3 is a sectional view showing a structure around a fuel injection valve. FIG. 4 is a timing chart showing changes in voltage or current in each part of the piezoelectric element actuator drive circuit. 1 ... Deal engine 8a, 8b, 8c, 8d ... Fuel injection valve 40 ... Piezoelectric element actuator drive circuit 42 ... Transformer 72a, 72b, 72c, 72d ... Piezoelectric element

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】内燃機関に燃料噴射を行なう複数の燃料噴
射弁に夫々設けられた複数の電歪式アクチュエータを各
々充放電することにより、各電歪式アクチュエータを伸
縮させる燃料噴射弁用電歪式アクチュエータの駆動回路
であって、 一次側コイルおよび二次側コイルからなる昇圧用の変圧
器と、 該変圧器の一次側コイルに定電流を供給する定電流回路
と、 該定電流回路を燃料噴射前に予め動作させておき、外部
から入力される燃料噴射終了を表す制御信号に従って当
該定電流回路を停止させることで、前記一次側コイルに
流れる電流を一定量だけ減少させる定電流制御回路と、 前記二次側コイルに接続され、前記定電流制御回路の動
作によって前記一次側コイルに流れる電流が一定量だけ
減少した際に前記二次側コイルに誘起される電力によっ
て前記各電歪式アクチュエータを充電する共通ダイオー
ドと、 前記各電歪式アクチュエータ毎に接続され、前記各電歪
式アクチュエータに蓄積された電荷の放電を阻止する個
別ダイオードと、 前記各電歪式アクチュエータに共通に設けられ、各電歪
式アクチュエータに蓄積された電荷を放電するための放
電用コイルと、 前記各電歪式アクチュエータ毎に設けられ、一端が前記
電歪式アクチュエータと前記個別ダイオードとの間に接
続され、他端が前記放電用コイルに接続され、外部から
入力される燃料噴射開始を表す制御信号に従って一時的
に導通するスイッチング素子と、 を備えてなることを特徴とする燃料噴射弁用電歪式アク
チュエータの駆動回路。
1. An electrostrictive valve for a fuel injection valve, which expands and contracts each electrostrictive actuator by charging and discharging a plurality of electrostrictive actuators respectively provided in a plurality of fuel injection valves for injecting fuel into an internal combustion engine. A drive circuit for a linear actuator, the boosting transformer including a primary coil and a secondary coil, a constant current circuit for supplying a constant current to the primary coil of the transformer, and a constant current circuit for fueling the constant current circuit. A constant current control circuit that is operated in advance before injection and that stops the constant current circuit according to a control signal that is input from the outside and that indicates the end of fuel injection, and that reduces the current flowing through the primary coil by a certain amount. , An electric power which is connected to the secondary side coil and is induced in the secondary side coil when the current flowing through the primary side coil is reduced by a certain amount by the operation of the constant current control circuit. A common diode that charges each of the electrostrictive actuators, an individual diode that is connected to each of the electrostrictive actuators, and that blocks discharge of charges accumulated in each of the electrostrictive actuators, and each of the electrostrictive actuators A discharge coil that is provided in common for the actuators and discharges the electric charge accumulated in each electrostrictive actuator, and is provided for each of the electrostrictive actuators, and one end thereof is the electrostrictive actuator and the individual diode. And a switching element that is connected to the discharge coil and has the other end connected to the discharge coil and that is temporarily conducted in accordance with a control signal that is input from the outside and that indicates the start of fuel injection. Drive circuit for electrostrictive actuator for valves.
JP1987122957U 1987-08-11 1987-08-11 Driving circuit for electrostrictive actuator for fuel injection valve Expired - Lifetime JPH0614077Y2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1987122957U JPH0614077Y2 (en) 1987-08-11 1987-08-11 Driving circuit for electrostrictive actuator for fuel injection valve

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1987122957U JPH0614077Y2 (en) 1987-08-11 1987-08-11 Driving circuit for electrostrictive actuator for fuel injection valve

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6427469U JPS6427469U (en) 1989-02-16
JPH0614077Y2 true JPH0614077Y2 (en) 1994-04-13

Family

ID=31371368

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1987122957U Expired - Lifetime JPH0614077Y2 (en) 1987-08-11 1987-08-11 Driving circuit for electrostrictive actuator for fuel injection valve

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0614077Y2 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1465904A (en) * 1973-06-28 1977-03-02 Cav Ltd Control circuits
GB1571304A (en) * 1976-02-24 1980-07-16 Lucas Industries Ltd Drive circuit for a piezo electric crystal
JPH0663473B2 (en) * 1985-07-17 1994-08-22 トヨタ自動車株式会社 Drive circuit of electrostrictive actuator for fuel injection valve

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6427469U (en) 1989-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4688536A (en) Drive circuit for an electrostrictive actuator in a fuel injection valve
US4732129A (en) Control apparatus for electroexpansive actuator enabling variation of stroke
US4735185A (en) Apparatus for feeding high-pressure fuel into engine cylinder for injection control
US4966119A (en) Fuel injection control device for use in an engine
US20100275885A1 (en) Method for Determining an Opening Voltage of a Piezoelectric Injector
US6986339B2 (en) Method, computer program, memory medium and control and/or regulating unit for operating an internal combustion engine, as well as internal combustion engine, in particular for a motor vehicle
JPH0614077Y2 (en) Driving circuit for electrostrictive actuator for fuel injection valve
EP0756077A1 (en) Electronic control circuit for an internal combustion engine
KR101259789B1 (en) Current source and control device
EP1876342B1 (en) Piezo injector and piezo injector system
JPH0726701B2 (en) Solenoid valve drive circuit
JP2591267B2 (en) Fuel injection device for internal combustion engine
JPH0663473B2 (en) Drive circuit of electrostrictive actuator for fuel injection valve
US7521838B2 (en) Device for operating a piezo actuator
JPH0634598Y2 (en) Fuel injection valve drive
EP1526587A1 (en) Method for driving laminated piezoelectric device
JPS63134836A (en) Piezoelectric element driving device
JPS6217339A (en) Drive circuit for electrostrictive actuator for fuel injection valve
JP4803016B2 (en) Fuel injection control device
JPH0410361Y2 (en)
JP3010759B2 (en) Drive device for piezo actuator
JPH0781537B2 (en) Fuel injection control device for internal combustion engine
JPH0814270B2 (en) Fuel injection device for internal combustion engine
JPH11141430A (en) Fuel injection device and method to drive it
JPH0621598B2 (en) Drive circuit of electrostrictive actuator for fuel injection valve