JPH06146976A - 圧電素子駆動回路 - Google Patents
圧電素子駆動回路Info
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- JPH06146976A JPH06146976A JP4301330A JP30133092A JPH06146976A JP H06146976 A JPH06146976 A JP H06146976A JP 4301330 A JP4301330 A JP 4301330A JP 30133092 A JP30133092 A JP 30133092A JP H06146976 A JPH06146976 A JP H06146976A
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- piezoelectric element
- voltage
- charging
- fuel injection
- injection valve
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- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 5
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
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- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
- F02D41/2096—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は圧電素子駆動回路に関し、圧電素子
に固有の最適な値の初期電圧を印加することが可能で、
初回噴射から燃料噴射弁で正確な量の燃料を噴射できる
ことを目的とする。 【構成】 制御手段Ｍ１は燃料噴射弁Ｍ２を駆動する圧
電素子Ｍ３の印加電圧を制御して上記圧電素子Ｍ３の充
電電荷量又は充電エネルギー量等の圧電素子状態を制御
する。充電手段Ｍ４は、上記圧電素子Ｍ３に燃料噴射弁
Ｍ２が燃料を噴射しない程度の小電圧を印加して充電を
行なう。演算手段Ｍ５は、上記充電手段Ｍ４による充電
時間と、充電前後の電源電圧変化幅又は充電電荷量とか
ら、上記圧電素子Ｍ３の静電容量及び内部抵抗を算出す
る。
に固有の最適な値の初期電圧を印加することが可能で、
初回噴射から燃料噴射弁で正確な量の燃料を噴射できる
ことを目的とする。 【構成】 制御手段Ｍ１は燃料噴射弁Ｍ２を駆動する圧
電素子Ｍ３の印加電圧を制御して上記圧電素子Ｍ３の充
電電荷量又は充電エネルギー量等の圧電素子状態を制御
する。充電手段Ｍ４は、上記圧電素子Ｍ３に燃料噴射弁
Ｍ２が燃料を噴射しない程度の小電圧を印加して充電を
行なう。演算手段Ｍ５は、上記充電手段Ｍ４による充電
時間と、充電前後の電源電圧変化幅又は充電電荷量とか
ら、上記圧電素子Ｍ３の静電容量及び内部抵抗を算出す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は圧電素子駆動回路に関
し、アクチュエータとして用いられる圧電素子を駆動す
る回路に関する。
し、アクチュエータとして用いられる圧電素子を駆動す
る回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の燃料噴射弁のアクチュエータ
として、一般にＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧
電素子が用いられている。
として、一般にＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧
電素子が用いられている。
【０００３】本出願人は先に特願平４−１７７１２５号
により、圧電素子の充電電荷量を検出し、この充電電荷
量が目標電荷量に一致するように電源電圧を制御し、ま
た電源電圧の初期値を圧電素子の温度に応じて変更する
圧電素子駆動回路を提案した。
により、圧電素子の充電電荷量を検出し、この充電電荷
量が目標電荷量に一致するように電源電圧を制御し、ま
た電源電圧の初期値を圧電素子の温度に応じて変更する
圧電素子駆動回路を提案した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、圧電素子の温
度と静電容量との関係は各圧電素子毎に異なるため、全
ての圧電素子に最適な電源電圧の初期値を供給できない
という問題があった。
度と静電容量との関係は各圧電素子毎に異なるため、全
ての圧電素子に最適な電源電圧の初期値を供給できない
という問題があった。
【０００５】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
圧電素子に小電圧を印加して圧電素子の静電容量と内部
抵抗を算出することにより、圧電素子に固有の最適な値
の初期電圧を印加することが可能で、初回噴射から燃料
噴射弁で正確な量の燃料を噴射できる圧電素子駆動回路
を提供することを目的とする。
圧電素子に小電圧を印加して圧電素子の静電容量と内部
抵抗を算出することにより、圧電素子に固有の最適な値
の初期電圧を印加することが可能で、初回噴射から燃料
噴射弁で正確な量の燃料を噴射できる圧電素子駆動回路
を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理図を
示す。制御手段Ｍ１は、燃料噴射弁Ｍ２を駆動する圧電
素子Ｍ３の印加電圧を制御して上記圧電素子Ｍ３の充電
電荷量又は充電エネルギー量等の圧電素子状態を制御す
る。
示す。制御手段Ｍ１は、燃料噴射弁Ｍ２を駆動する圧電
素子Ｍ３の印加電圧を制御して上記圧電素子Ｍ３の充電
電荷量又は充電エネルギー量等の圧電素子状態を制御す
る。
【０００７】充電手段Ｍ４は、上記圧電素子Ｍ３に燃料
噴射弁Ｍ２が燃料を噴射しない程度の小電圧を印加して
充電を行なう。
噴射弁Ｍ２が燃料を噴射しない程度の小電圧を印加して
充電を行なう。
【０００８】演算手段Ｍ５は、上記充電手段Ｍ４による
充電時間と、充電前後の電源電圧変化幅又は充電電荷量
とから、上記圧電素子Ｍ３の静電容量及び内部抵抗を算
出する。
充電時間と、充電前後の電源電圧変化幅又は充電電荷量
とから、上記圧電素子Ｍ３の静電容量及び内部抵抗を算
出する。
【０００９】
【作用】本発明においては、燃料噴射前に圧電素子の静
電容量と内部抵抗とを算出してこれに基づいて圧電素子
に印加する電源電圧の初期値を決定するため、圧電素子
の特性を算出するときに燃料の噴射が行なわれず、初回
噴射から各圧電素子の特性に応じた正確な量の燃料噴射
を行なうことができる。
電容量と内部抵抗とを算出してこれに基づいて圧電素子
に印加する電源電圧の初期値を決定するため、圧電素子
の特性を算出するときに燃料の噴射が行なわれず、初回
噴射から各圧電素子の特性に応じた正確な量の燃料噴射
を行なうことができる。
【００１０】
【実施例】図２は本発明回路の一実施例の回路構成図を
示す。
示す。
【００１１】同図中、１０はバッテリーであり、このバ
ッテリー１０の出力電圧はＤＣ−ＤＣコンバータ１１に
供給される。
ッテリー１０の出力電圧はＤＣ−ＤＣコンバータ１１に
供給される。
【００１２】スイッチング電源回路としてのＤＣ−ＤＣ
コンバータ１１はトランスと、トランスの１次コイルに
バッテリー１０よりの電流を断続に流すスイッチング素
子と、トランスの２次コイルに誘起される電流を全波整
流するダイオードとより構成されており、上記ＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ１１の出力によって電源用コンデンサＣ２
が充電され、安定化される。
コンバータ１１はトランスと、トランスの１次コイルに
バッテリー１０よりの電流を断続に流すスイッチング素
子と、トランスの２次コイルに誘起される電流を全波整
流するダイオードとより構成されており、上記ＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ１１の出力によって電源用コンデンサＣ２
が充電され、安定化される。
【００１３】ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の正側出力端子
は充電用インダクタ１２及びこれに直列接続されたサイ
リスタ１３を通して容量性の圧電素子１４の一端に接続
され、圧電素子１４の他端はＤＣ−ＤＣコンバータ１１
の負側出力端子に接続されている。また、圧電素子１２
の両端間はサイリスタ１５及びこれに直列接続された放
電用インダクタ１６を通して接続されている。
は充電用インダクタ１２及びこれに直列接続されたサイ
リスタ１３を通して容量性の圧電素子１４の一端に接続
され、圧電素子１４の他端はＤＣ−ＤＣコンバータ１１
の負側出力端子に接続されている。また、圧電素子１２
の両端間はサイリスタ１５及びこれに直列接続された放
電用インダクタ１６を通して接続されている。
【００１４】サイリスタ１３及び１５はゲートに接続さ
れた図示しない点弧回路によってスイッチング制御され
る構成とされており、一方がオンのときは他方がオフと
され、かつ、交互にオンとオフを繰り返すようにスイッ
チング制御される。
れた図示しない点弧回路によってスイッチング制御され
る構成とされており、一方がオンのときは他方がオフと
され、かつ、交互にオンとオフを繰り返すようにスイッ
チング制御される。
【００１５】サイリスタ１３がオンのときは、電源用コ
ンデンサＣ２の充電電荷が充電用インダクタ１２及びサ
イリスタ１３を通して圧電素子１４に印加される。すな
わち、サイリスタ１３がオンの時には図示の向きに電流
Ｉ1 が流れ、共振により容量性負荷である圧電素子１４
に電源電圧Ｖ0 より高い電圧ＶP が蓄えられる。
ンデンサＣ２の充電電荷が充電用インダクタ１２及びサ
イリスタ１３を通して圧電素子１４に印加される。すな
わち、サイリスタ１３がオンの時には図示の向きに電流
Ｉ1 が流れ、共振により容量性負荷である圧電素子１４
に電源電圧Ｖ0 より高い電圧ＶP が蓄えられる。
【００１６】その後、サイリスタ１５がオンとされる
と、圧電素子１４の充電電荷がサイリスタ１５及び放電
用インダクタ１６を通して放電される。従って、サイリ
スタ１５がオンのときは、放電電流がサイリスタ１５及
び放電用インダクタに流れ、オーバーシュートにより圧
電素子１４の端子電圧ＶP は負電圧まで低下する。
と、圧電素子１４の充電電荷がサイリスタ１５及び放電
用インダクタ１６を通して放電される。従って、サイリ
スタ１５がオンのときは、放電電流がサイリスタ１５及
び放電用インダクタに流れ、オーバーシュートにより圧
電素子１４の端子電圧ＶP は負電圧まで低下する。
【００１７】一方、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の正側出
力端子と充電用インダクタ１２との間に設けられた電流
検出器２０は充電用インダクタ１２に流入する電流ｉ1
を検出して制御部２１に供給する。また電圧検出器２２
はコンデンサＣ２の両端電圧Ｖ0 を検出し、電圧検出器
２３は圧電素子１４の端子電圧ＶP を検出して夫々制御
部２１に供給する。制御部２１は電流ｉ1 及び電圧Ｖ0
に基づきＤＣ−ＤＣコンバータ１１のスイッチングパル
スのデューティ比を可変して単位時間当たりに出力する
電気エネルギーを一定に制御する。
力端子と充電用インダクタ１２との間に設けられた電流
検出器２０は充電用インダクタ１２に流入する電流ｉ1
を検出して制御部２１に供給する。また電圧検出器２２
はコンデンサＣ２の両端電圧Ｖ0 を検出し、電圧検出器
２３は圧電素子１４の端子電圧ＶP を検出して夫々制御
部２１に供給する。制御部２１は電流ｉ1 及び電圧Ｖ0
に基づきＤＣ−ＤＣコンバータ１１のスイッチングパル
スのデューティ比を可変して単位時間当たりに出力する
電気エネルギーを一定に制御する。
【００１８】ここで、圧電素子１４で駆動される燃料噴
射弁は図３に実線、破線、一点鎖線夫々で示す如く各圧
電素子により多少の誤差はあるものの、電圧Ｖ0 が２０
０Ｖを越えたとき燃料を噴射し、２００Ｖ以下では燃料
の噴射がない。このことを利用して始動時に燃料噴射弁
が動作しない例えば電圧１００Ｖ以下で圧電素子１４を
予備充電して図４に示す圧電素子１４の等化回路の内部
抵抗ＲP 及び静電容量ＣP を算出し、これに基づいてＤ
Ｃ−ＤＣコンバータ１１の出力電圧の初期値を算出す
る。
射弁は図３に実線、破線、一点鎖線夫々で示す如く各圧
電素子により多少の誤差はあるものの、電圧Ｖ0 が２０
０Ｖを越えたとき燃料を噴射し、２００Ｖ以下では燃料
の噴射がない。このことを利用して始動時に燃料噴射弁
が動作しない例えば電圧１００Ｖ以下で圧電素子１４を
予備充電して図４に示す圧電素子１４の等化回路の内部
抵抗ＲP 及び静電容量ＣP を算出し、これに基づいてＤ
Ｃ−ＤＣコンバータ１１の出力電圧の初期値を算出す
る。
【００１９】図５は制御部２１が実行する初期値決定処
理の一実施例のフローチャートを示す。この処理は始動
時に開始される。
理の一実施例のフローチャートを示す。この処理は始動
時に開始される。
【００２０】同図中、ステップＳ１ではＤＣ−ＤＣコン
バータ１１の出力電圧を１００Ｖ以下の低電圧Ｖ1 に設
定する。次にステップＳ２では充電用サイリスタ１３を
導通させステップＳ３で、電流Ｉ1 ，又は電圧Ｖ0 を測
定し、ステップＳ４で圧電素子１４の等価回路のＣP ，
ＲP を算出する。
バータ１１の出力電圧を１００Ｖ以下の低電圧Ｖ1 に設
定する。次にステップＳ２では充電用サイリスタ１３を
導通させステップＳ３で、電流Ｉ1 ，又は電圧Ｖ0 を測
定し、ステップＳ４で圧電素子１４の等価回路のＣP ，
ＲP を算出する。
【００２１】上記のサイリスタ１３の導通によりコンデ
ンサＣ２の両端電圧Ｖ0 は図６（Ａ）に示す如く変化
し、またインダクタに流れる電流Ｉ1 は図６（Ｂ）に示
す如く変化し、更に圧電素子１４の両端電圧ＶP は図６
（Ｃ）に示す如く変化する。この過渡現象はインダクタ
１２のインダクタンスＬ0 ，コンデンサＣ２の静電容量
Ｃ0 及び圧電素子１４の内部抵抗ＲP と静電容量ＣP に
より決定される。Ｌ0 ，Ｃ0 は既知であり、電圧Ｖ0 が
Ｖ1 からＶ2 まで変化するまで、又は電流Ｉ1 が流れて
０となるまで、又は電圧ＶP が安定するまでの時間Ｔ0
は（Ｌ0 ＣP ）1/ 2 で決定されるので、これから静電容
量ＣP を算出できる。更に、電圧Ｖ0 の最低値Ｖ2 ，又
は電流Ｉ1 の最大値Ｉ3 ，又は電圧ＶP の安定値Ｖ3 の
いずれかから内部抵抗ＲP を算出できる。
ンサＣ２の両端電圧Ｖ0 は図６（Ａ）に示す如く変化
し、またインダクタに流れる電流Ｉ1 は図６（Ｂ）に示
す如く変化し、更に圧電素子１４の両端電圧ＶP は図６
（Ｃ）に示す如く変化する。この過渡現象はインダクタ
１２のインダクタンスＬ0 ，コンデンサＣ２の静電容量
Ｃ0 及び圧電素子１４の内部抵抗ＲP と静電容量ＣP に
より決定される。Ｌ0 ，Ｃ0 は既知であり、電圧Ｖ0 が
Ｖ1 からＶ2 まで変化するまで、又は電流Ｉ1 が流れて
０となるまで、又は電圧ＶP が安定するまでの時間Ｔ0
は（Ｌ0 ＣP ）1/ 2 で決定されるので、これから静電容
量ＣP を算出できる。更に、電圧Ｖ0 の最低値Ｖ2 ，又
は電流Ｉ1 の最大値Ｉ3 ，又は電圧ＶP の安定値Ｖ3 の
いずれかから内部抵抗ＲP を算出できる。
【００２２】次にステップＳ５では圧電素子１４の静電
容量ＣP から図７に示すマップを用いて電源電圧の初期
値を算出する。
容量ＣP から図７に示すマップを用いて電源電圧の初期
値を算出する。
【００２３】この後、ステップＳ６で燃料噴射を指示す
る信号が供給されているか否かを判別して、この信号が
供給されている間はステップＳ７で圧電素子１４を充電
して燃料噴射弁を駆動することにより燃料噴射を行な
い、その後信号の供給が止むと圧電素子１４を放電して
燃料噴射を停止してステップＳ６に戻る。
る信号が供給されているか否かを判別して、この信号が
供給されている間はステップＳ７で圧電素子１４を充電
して燃料噴射弁を駆動することにより燃料噴射を行な
い、その後信号の供給が止むと圧電素子１４を放電して
燃料噴射を停止してステップＳ６に戻る。
【００２４】このように燃料噴射前に圧電素子１４の静
電容量ＣP と内部抵抗ＲP とを算出してこれに基づいて
圧電素子１４に印加する電源電圧の初期値を決定するた
め、圧電素子１４の特性を算出するときに燃料の噴射が
行なわれず、初回噴射から各圧電素子の特性に応じた正
確な量の燃料噴射を行なうことができる。
電容量ＣP と内部抵抗ＲP とを算出してこれに基づいて
圧電素子１４に印加する電源電圧の初期値を決定するた
め、圧電素子１４の特性を算出するときに燃料の噴射が
行なわれず、初回噴射から各圧電素子の特性に応じた正
確な量の燃料噴射を行なうことができる。
【００２５】また、ＣP 及びＲP の算出時に回路の短
絡、断線、圧電素子の特性不良等の判定を行なうことが
でき、フェールセーフを行なうことができる。更に電圧
ＶP 等の圧電素子状態を燃料噴射時に測定してＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ１１の出力電圧を可変することができる。
絡、断線、圧電素子の特性不良等の判定を行なうことが
でき、フェールセーフを行なうことができる。更に電圧
ＶP 等の圧電素子状態を燃料噴射時に測定してＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ１１の出力電圧を可変することができる。
【００２６】また例えばフューエルカット時等において
図５の処理を実行することにより、トラブル発生時には
そのトラブル内容を解析することが可能となる。
図５の処理を実行することにより、トラブル発生時には
そのトラブル内容を解析することが可能となる。
【００２７】
【発明の効果】上述の如く、本発明の圧電素子駆動回路
によれば、圧電素子に小電圧を印加して圧電素子の静電
容量と内部抵抗を算出することにより、圧電素子に固有
の最適な値の初期電圧を印加することが可能で、初回噴
射から燃料噴射弁で正確な量の燃料を噴射でき、実用上
きわめて有用である。
によれば、圧電素子に小電圧を印加して圧電素子の静電
容量と内部抵抗を算出することにより、圧電素子に固有
の最適な値の初期電圧を印加することが可能で、初回噴
射から燃料噴射弁で正確な量の燃料を噴射でき、実用上
きわめて有用である。
【図１】本発明の原理図である。
【図２】本発明回路の回路構成図である。
【図３】燃料噴射弁の特性図である。
【図４】圧電素子の等価回路図である。
【図５】初期値設定処理のフローチャートである。
【図６】図２の各部の信号波形図である。
【図７】初期値のマップを示す図である。
１０ バッテリー １１ ＤＣ−ＤＣコンバータ １２ 充電用インダクタ １３，１５ サイリスタ １４ 圧電素子 １６ 放電用インダクタ ２１ 制御部
Claims (1)
- 【請求項１】 燃料噴射弁を駆動する圧電素子の印加電
圧を制御して上記圧電素子の充電電荷量又は充電エネル
ギー量等の圧電素子状態を制御する圧電素子駆動回路に
おいて、 上記圧電素子に燃料噴射弁が燃料を噴射しない程度の小
電圧を印加して充電を行なう充電手段と、 上記充電手段による充電時間と、充電前後の電源電圧変
化幅又は充電電荷量とから、上記圧電素子の静電容量及
び内部抵抗を算出する演算手段とを有することを特徴と
する圧電素子駆動回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4301330A JP2773585B2 (ja) | 1992-11-11 | 1992-11-11 | 圧電素子駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4301330A JP2773585B2 (ja) | 1992-11-11 | 1992-11-11 | 圧電素子駆動回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06146976A true JPH06146976A (ja) | 1994-05-27 |
| JP2773585B2 JP2773585B2 (ja) | 1998-07-09 |
Family
ID=17895564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4301330A Expired - Fee Related JP2773585B2 (ja) | 1992-11-11 | 1992-11-11 | 圧電素子駆動回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2773585B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1138905A1 (en) * | 2000-04-01 | 2001-10-04 | Robert Bosch GmbH | Apparatus and method for detecting a load decrease when driving piezoelectric elements |
| JP2009203844A (ja) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Denso Corp | 燃料噴射弁制御装置及び燃料噴射弁制御システム |
| KR20190026932A (ko) * | 2016-07-22 | 2019-03-13 | 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하 | 자동차의 분사 밸브의 압전 액추에이터를 제어하기 위한 방법 및 디바이스 |
-
1992
- 1992-11-11 JP JP4301330A patent/JP2773585B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1138905A1 (en) * | 2000-04-01 | 2001-10-04 | Robert Bosch GmbH | Apparatus and method for detecting a load decrease when driving piezoelectric elements |
| US6573637B2 (en) | 2000-04-01 | 2003-06-03 | Robert Bosch Gmbh | Apparatus and method for detecting a load decrease when driving piezoelectric elements |
| JP2009203844A (ja) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Denso Corp | 燃料噴射弁制御装置及び燃料噴射弁制御システム |
| DE102009000493B4 (de) | 2008-02-27 | 2018-11-29 | Denso Corporation | Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung und Kraftstoffeinspritzsystem |
| KR20190026932A (ko) * | 2016-07-22 | 2019-03-13 | 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하 | 자동차의 분사 밸브의 압전 액추에이터를 제어하기 위한 방법 및 디바이스 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2773585B2 (ja) | 1998-07-09 |
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