JPH11354853A - Method and apparatus for charging and discharging piezoelectric element - Google Patents

Method and apparatus for charging and discharging piezoelectric element

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JPH11354853A
JPH11354853A JP11089119A JP8911999A JPH11354853A JP H11354853 A JPH11354853 A JP H11354853A JP 11089119 A JP11089119 A JP 11089119A JP 8911999 A JP8911999 A JP 8911999A JP H11354853 A JPH11354853 A JP H11354853A
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JP
Japan
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charging
piezoelectric element
discharging
voltage
discharge
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Application number
JP11089119A
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Japanese (ja)
Inventor
Johannes-Joerg Rueger
リューガー ヨハネス−イェルク
Joerg Reineke
ライネケ イェルク
Alexander Hock
ホック アレキサンダー
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D41/2096Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
    • 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
    • F02M51/00Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • 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
    • H02N2/065Large signal circuits, e.g. final stages
    • H02N2/067Large signal circuits, e.g. final stages generating drive pulses

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To charge and discharge a piezoelectric element at desired values by already ending the charge or discharge process before specified time at which desired voltage in the piezoelectric element is reached. SOLUTION: The charging and discharging timings of a piezoelectric element 1 are controlled, i.e., switch control signals outputted from a closed loop controller 10 are fed through drivers 11, 12 to a charging and discharging switches 3, 5, so that the charging and discharging switches 3, 5 repeatedly close and open in the charging or discharging processing period. When the charging and discharging switches 3, 5 repeatedly close and open by predetermined no. of times or the piezoelectric element 1 reaches desired charge or discharge state, the charge and discharge of the piezoelectric element 1 are ended by keeping the charging and discharging switches 3, 5 open.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、請求項1の上位概
念に記載の方法および請求項8の上位概念に記載の装
置、即ち圧電エレメントの充電および放電方法および装
置に関する。
The present invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a device according to the preamble of claim 8, ie a method and a device for charging and discharging a piezoelectric element.

【0002】[0002]

【従来の技術】ここで詳細に考察する圧電エレメント
は、必ずしもそうではないが、殊に、アクチュエータな
いし調整部材として使用される圧電エレメントである。
圧電エレメントは、この形式の目的のために使用され
る。その理由は、これらは周知のように、そこに印加さ
れる電圧に依存して収縮または膨張するというという特
徴を有しているからである。
2. Description of the Related Art The piezoelectric elements discussed in detail here are in particular, but not necessarily, those used as actuators or adjusting elements.
Piezoelectric elements are used for this type of purpose. This is because, as is well known, they have the characteristic of contracting or expanding depending on the voltage applied thereto.

【0003】圧電エレメントによって調整部材を実際に
実現すると、当該調整部材が迅速および/または度々の
運動を実施しなければならないとき、有利であることが
認められている。
[0003] The realization of an adjusting element by means of a piezoelectric element has proven to be advantageous when the adjusting element has to carry out rapid and / or frequent movements.

【0004】調整部材として圧電エレメントを使用する
と、内燃機関に対する燃料噴射ノズルにおいてとりわけ
有利であることが認められている。圧電エレメントを燃
料噴射ノズルに使用することは例えば、ヨーロッパ特許
第0371469号明細書およびヨーロッパ特許第03
79182号明細書が参考になる。
The use of piezoelectric elements as adjusting elements has been found to be particularly advantageous in fuel injection nozzles for internal combustion engines. The use of piezoelectric elements in fuel injection nozzles is described, for example, in EP 0 371 469 and EP 03
Reference is made to 79182.

【0005】圧電エレメントは、既に上述したように、
その都度の充電状態ないしそこに生じているまたは加わ
っている電圧に応じて収縮および膨張する容量負荷であ
る。
[0005] The piezoelectric element is, as already mentioned above,
It is a capacitive load that contracts and expands depending on the respective state of charge or the voltage present or applied thereto.

【0006】圧電エレメントの充電および放電はとりわ
け、誘導特性を有する、例えばコイルのような素子を介
して行うことができ、その際このコイルはまず第1に、
充電の際に生じる充電電流および放電の際に生じる放電
電流を制限するために用いられる。この種の装置は図1
1に示されている。
The charging and discharging of the piezoelectric element can take place, inter alia, via an element having an inductive characteristic, for example a coil, which firstly has
It is used to limit a charging current generated during charging and a discharging current generated during discharging. This type of device is shown in FIG.
It is shown in FIG.

【0007】充電ないし放電すべき圧電エレメントは図
11では、参照番号101によって示されている。それ
は、充電スイッチ102を介して閉成可能である充電電
流回路および放電スイッチ106を介して閉成可能であ
る放電電流回路の構成要素部分であり、その際充電電流
回路は、充電スイッチ102と、ダイオード103と、
充電コイル104と、圧電エレメント101と、電流源
105との直列回路から成っており、かつ放電電流回路
は、放電スイッチ106と、ダイオード107と、充電
コイル108と、圧電エレメント101と、電流源10
5との直列回路から成っている。
[0007] The piezoelectric element to be charged or discharged is designated by the reference numeral 101 in FIG. It is a component part of a charging current circuit that can be closed via a charging switch 102 and a discharging current circuit that can be closed via a discharging switch 106, wherein the charging current circuit comprises: a charging switch 102; A diode 103;
The discharge current circuit includes a series circuit of a charging coil 104, a piezoelectric element 101, and a current source 105, and includes a discharge switch 106, a diode 107, a charging coil 108, a piezoelectric element 101, and a current source 10
5 and a series circuit.

【0008】充電電流回路のダイオード103は、充電
電流回路において、圧電エレメントを放電する電流が流
れることを妨げる。一方、放電電流回路のダイオード1
07は、放電電流回路において、圧電エレメントを充電
する電流が流れることを妨げる。
The diode 103 in the charging current circuit prevents a current for discharging the piezoelectric element from flowing in the charging current circuit. On the other hand, the diode 1 of the discharge current circuit
07 prevents a current for charging the piezoelectric element from flowing in the discharge current circuit.

【0009】普通は開放されている充電スイッチ102
が閉成されると、充電電流回路に充電電流が流れ、これ
により圧電エレメント101は充電される。圧電エレメ
ント101に蓄積された電荷ないしこれによりここに生
じる電圧、ひいては圧電エレメント101のその時の外
寸もこのエレメントの充電後実質的に変わらずに維持さ
れる。
A normally open charging switch 102
Is closed, a charging current flows through the charging current circuit, whereby the piezoelectric element 101 is charged. The electric charge stored in the piezoelectric element 101 and the resulting voltage, and thus the current outer dimensions of the piezoelectric element 101, remain substantially unchanged after the element has been charged.

【0010】普通は同様に開放されている放電スイッチ
106が閉成されると、放電電流回路に放電電流が流
れ、これにより圧電エレメント101は放電される。圧
電エレメント101の充電状態ないしこれによりここに
生じる電圧、ひいては圧電エレメント101のその時の
外寸もこのエレメントの放電後実質的に変わらずに維持
される。
When the normally open discharge switch 106 is closed, a discharge current flows through the discharge current circuit, and the piezoelectric element 101 is discharged. The state of charge of the piezoelectric element 101 and thus the voltage generated thereby, and thus the current outer dimensions of the piezoelectric element 101, remain substantially unchanged after discharge of this element.

【0011】圧電エレメントのこの形式の充電および放
電は有利である。というのは、充電電流回路および放電
電流回路に顕著なオーミック抵抗がないために、僅かな
損失電力でかつ非常に僅かな熱発生下で行うことができ
るからである。
This type of charging and discharging of piezoelectric elements is advantageous. This is because the charging current circuit and the discharging current circuit do not have significant ohmic resistance and can be operated with little power loss and very little heat generation.

【0012】しかし他方において、充電および放電の程
度および時間経過はしばしば理想的ではない。とりわ
け、時間的に変化する充電および放電速度、多かれ少な
かれ相当顕著なビルドアップ過程および圧電エレメント
の部分的でしかないまたは強過ぎる充電および/または
放電は不都合であり、これにより放電の際にその上反対
の極性による充電が行われる可能性がある。
However, on the other hand, the degree and time course of charging and discharging is often not ideal. In particular, time-varying charging and discharging rates, more or less considerably pronounced build-up processes and charging and / or discharging of the piezoelectric element which are only partially or too strong are disadvantageous, so that during discharging, Charging with the opposite polarity may occur.

【0013】このような欠点を回避するために、圧電エ
レメントの充電および放電をタイミング制御して、即ち
充電期間に充電スイッチを繰り返し開放および閉成して
ないし放電期間に放電スイッチを繰り返し開放および閉
成して実施するようにすることができる。
In order to avoid such drawbacks, the timing of charging and discharging of the piezoelectric element is controlled, that is, the charging switch is repeatedly opened and closed during the charging period or the discharge switch is repeatedly opened and closed during the discharging period. And implement it.

【0014】タイミング制御される充電ないし放電によ
って、充電コイル104および放電コイル108の機能
および動作は変化する。
The functions and operations of the charging coil 104 and the discharging coil 108 change depending on the charging or discharging controlled in timing.

【0015】タイミング制御されない充電ないし放電の
場合、充電コイル104および放電コイル108は、圧
電エレメントとの協働において形成されたLC直列振動
回路の誘導エレメントとして作用し、その際誘導エレメ
ントのインダクタンスおよび圧電エレメントの容量が充
電および放電の経過および大きさを決定する(振動回路
の引き続く振動が充電電流回路および放電電流回路に含
まれているダイオードによって中断されるという理由か
ら、第1の振動回路振動の第1の電流半波によってのみ
その都度充電および放電される)。
[0015] In the case of untimed charging or discharging, the charging coil 104 and the discharging coil 108 act as inductive elements of an LC series oscillating circuit formed in cooperation with the piezo element, whereby the inductance of the inductive element and the piezo The capacity of the element determines the course and magnitude of the charging and discharging (the oscillation of the first oscillation circuit is violated because the subsequent oscillation of the oscillation circuit is interrupted by the diodes contained in the charging and discharging current circuits). It is only charged and discharged in each case only by the first half-wave of current).

【0016】これに対して、充電および放電がタイミン
グ制御される場合、充電コイル104および放電コイル
108はエネルギー1次蓄積メモリとして使用され、こ
れは電流供給源から(放電の際)ないし圧電エレメント
から(充電の際)供給される電気エネルギーを(磁気エ
ネルギーの形において)蓄積しかつ相応のスイッチ操作
後に、蓄積されたエネルギーが電気エネルギーの形で圧
電エレメント(充電の際)ないし別のエネルギーメモリ
または電気負荷(放電の際)に送出し、その際エネルギ
ー蓄積およびエネルギー送出の時点および持続時間(お
よび従って大きさも)スイッチ操作によって決定され
る。
On the other hand, when the charging and discharging are timed, the charging coil 104 and the discharging coil 108 are used as a primary energy storage memory, which can be supplied from a current source (during discharge) or from a piezoelectric element. After storing the supplied electrical energy (in the form of magnetic energy) and operating the corresponding switch, the stored energy (in the form of magnetic energy) can be stored in the form of electrical energy in the form of a piezoelectric element (during charging) or another energy memory or It is delivered to an electrical load (during discharge), the energy storage and the time and duration (and thus also the magnitude) of the energy delivery determined by the switch operation.

【0017】これにより、圧電エレメントは任意の数、
任意の大きさおよび任意の時間的な間隔において連続す
る段階において所望通りの大きさで充電および放電する
ことができる。
Thus, the number of piezoelectric elements is arbitrary,
It can be charged and discharged in a desired size in successive steps at any size and at any time interval.

【0018】その結果として、充電および/または放電
の程度並びに時間的な経過を所望通り制御することがで
き、しかもこの場合誘導特性を有する素子および圧電エ
レメントの技術データとは殆ど無関係である。
As a result, the degree of charge and / or discharge and the course of time can be controlled as desired, and is in this case largely independent of the technical data of the inductive element and the piezoelectric element.

【0019】しかし、圧電エレメントをこの形式の充電
および放電によって所望の電圧にもっていく精度はどん
な場合にもいつも十分なものとは限らない。
However, the accuracy of bringing the piezoelectric element to the desired voltage by this type of charging and discharging is not always sufficient in all cases.

【0020】圧電エレメントが内燃機関の燃料噴射ノズ
ルにおけるアクチュエータとして使用されるとき、例え
ば始終更に一層高い精度が必要である。即ち、圧電エレ
メントが充電および放電によって以て行かれる電圧が、
噴射過程毎に噴射される燃料量を決定し、かつ内燃機関
の最適な機能のために、この燃料量は高い精度で前以て
決められる目標燃料量に相応していなければならない
が、このことは燃料量が小さい場合殊に(例えばパイロ
ット噴射において生じるような)、これまでいつも十分
満足できる程度に成功してはいない。
When a piezoelectric element is used as an actuator in a fuel injection nozzle of an internal combustion engine, for example, even higher precision is required throughout. That is, the voltage at which the piezoelectric element is brought about by charging and discharging,
For each injection operation, the fuel quantity to be injected must be determined and, for optimal functioning of the internal combustion engine, this fuel quantity must correspond to a predetermined target fuel quantity with high accuracy. They have hitherto not always been sufficiently successful, especially when the fuel quantity is small (as occurs, for example, in pilot injections).

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】それ故に本発明の課題
は、請求項1の上位概念に記載の方法および請求項8の
上位概念に記載の装置を、圧電エレメントが簡単な方法
で所望の値に充電および放電されることができるように
改良することである。
The object of the invention is therefore to provide a method according to the preamble of claim 1 and a device according to the preamble of claim 8 in which the piezoelectric element has the desired value in a simple manner. To be able to be charged and discharged.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段および発明の効果】この課
題は本発明によれば、請求項1の特徴部分に記載の構成
(方法)ないし請求項8の特徴部分に記載の構成(装
置)によって解決される。
According to the present invention, this object is achieved by a structure (method) according to the characterizing part of claim 1 to a structure (device) according to the characterizing part of claim 8. Will be resolved.

【0023】これによれば、充電過程ないし放電過程
を、圧電エレメントにおける所望の電圧に達する所定の
時間の前に既に終了する(請求項1の特徴部分)ないし
充電過程ないし放電過程を、圧電エレメントにおける所
望の電圧に達する所定の時間の前に既に終了するように
構成されている充電または放電制御装置が設けられてい
る(請求項8の特徴部分)。
According to this, the charging process or the discharging process is completed before a predetermined time to reach a desired voltage at the piezoelectric element (characteristic part of claim 1) or the charging process or the discharging process is completed. A charge or discharge control device is provided which is configured to end before a predetermined time to reach the desired voltage at (Characteristic part of claim 8).

【0024】充電過程ないし放電過程を、圧電エレメン
トにおける所望の電圧に達した際に漸く終了するように
はしないことによって、圧電エレメントが所望の値を超
えて充電または放電されることを妨げることができる。
即ち圧電エレメントは、充電過程ないし放電過程の終了
の際に跳躍的に零に戻らない充電ないし放電電流によっ
て、充電ないし放電過程の終了後更に所定の時間は引き
続いて充電ないし放電される。充電ないし放電過程を所
望の電圧に達する前の正しい時点において終了すれば、
これにより結果的に、圧電エレメントにおいて正確に所
望の電圧が実現されるようにすることができる。
By not terminating the charging or discharging process when the desired voltage on the piezoelectric element is reached, it is possible to prevent the piezoelectric element from being charged or discharged above a desired value. it can.
That is, the piezoelectric element is continuously charged or discharged for a predetermined time after the end of the charging or discharging process by a charging or discharging current that does not return to zero at the end of the charging or discharging process. If the charging or discharging process is completed at the right time before reaching the desired voltage,
As a result, a desired voltage can be accurately realized in the piezoelectric element.

【0025】圧電エレメントはこのようにして簡単に所
望の値に充電および放電されるようにすることができ
る。
The piezoelectric element can thus be easily charged and discharged to a desired value.

【0026】本発明の有利な実施例は、従属請求項、以
下の説明および図から明らかである。
Advantageous embodiments of the invention are evident from the dependent claims, the following description and the figures.

【0027】[0027]

【実施例】次に本発明を図示の実施例につき図面を用い
て詳細に説明する。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.

【0028】その充電および放電について以下に詳細に
説明する圧電エレメントは例えば、内燃機関の燃料噴射
ノズル(殊に所謂コモン・レール・インジェクタ)にお
ける調整部材として使用可能である。しかし圧電エレメ
ントのこの形式の使用に制限されているわけではない。
圧電エレメントは基本的に、任意の目的のための任意の
装置に使用することができる。
The piezoelectric element, whose charging and discharging will be described in detail below, can be used, for example, as an adjusting member in a fuel injection nozzle of an internal combustion engine (in particular, a so-called common rail injector). However, it is not restricted to this type of use of piezoelectric elements.
Piezoelectric elements can basically be used in any device for any purpose.

【0029】圧電エレメントは充電に応答して膨張しか
つ放電に応答して収縮することから出発している。しか
し本発明は勿論、これがまさに反対であるときにも使用
可能である。
The piezoelectric element starts out expanding in response to charging and contracting in response to discharging. However, the invention can of course also be used when this is exactly the opposite.

【0030】さて図1を参照して、1つまたは複数の圧
電エレメントを正確に所望通りだけ充電および放電する
ことができる装置について説明する。
Referring now to FIG. 1, a device is described which can charge and discharge one or more piezoelectric elements exactly as desired.

【0031】考察の例において充電に該当する圧電エレ
メントは、図1において参照番号1で示されている。
The piezoelectric element that corresponds to charging in the example considered is designated by the reference numeral 1 in FIG.

【0032】図1からわかるように、圧電エレメント1
の接続端子の一方は(測定)抵抗15を介して持続的に
アースに接続されており(抵抗15を介して電圧源の第
1の極に接続されており)、これに対して圧電エレメン
トの接続端子の他方は、(同時に充電および放電コイル
として作用する)コイル2と、(考察の例ではトランジ
スタによって形成されている)充電スイッチ3およびダ
イオード4から成る並列回路とを介して電圧源の第2の
極に接続されておりかつコイル2と、(考察の例では同
様にトランジスタによって形成されている)放電スイッ
チ5およびダイオード6から成る並列回路とを介して電
圧源の第1の極に接続されている。
As can be seen from FIG. 1, the piezoelectric element 1
Is permanently connected to ground via a (measurement) resistor 15 (connected to the first pole of a voltage source via a resistor 15), whereas The other of the connection terminals is connected to the second voltage source via a coil 2 (acting simultaneously as a charging and discharging coil) and a parallel circuit consisting of a charging switch 3 and a diode 4 (formed by transistors in the example considered). Connected to the first pole of the voltage source via a coil 2 and a parallel circuit consisting of a discharge switch 5 and a diode 6 (also formed by a transistor in the example considered). Have been.

【0033】電圧源は、バッテリー7(例えば車両のバ
ッテリー)と、これに後置接続されている直流電圧変換
器8と、これに後置接続されているバッファコンデンサ
として用いられるコンデンサ9とから成っている。この
装置によってバッテリー電圧(例えば12V)は実質的
に任意の別の直流電圧に変換されかつ給電電圧として用
意される。
The voltage source comprises a battery 7 (for example, a battery of a vehicle), a DC voltage converter 8 connected to the battery 7 and a capacitor 9 connected to the DC voltage converter 8 and used as a buffer capacitor. ing. With this device, the battery voltage (e.g. 12V) is converted to virtually any other DC voltage and provided as a supply voltage.

【0034】圧電エレメント1の充電および放電は考察
の例ではタイミング制御されて行われる。即ち、充電ス
イッチ3および放電スイッチ5は充電過程ないし放電過
程の期間に繰り返し閉成かつ開放される。
The charging and discharging of the piezoelectric element 1 are carried out with timing control in the example considered. That is, the charge switch 3 and the discharge switch 5 are repeatedly closed and opened during the charging process or the discharging process.

【0035】その際に生じる状態を以下に図2ないし図
5を参照して説明する。これらの図のうち、図2および
図3は圧電エレメントの充電を示しかつ図4および図5
は圧電エレメントの放電を示している。図2ないし図5
の説明では抵抗15は考慮されなかった。しかし抵抗1
5の影響はこの考察に対しては無視することができるも
のである。
The state that occurs at this time will be described below with reference to FIGS. 2 and 3 show the charging of the piezoelectric element and FIGS. 4 and 5
Indicates the discharge of the piezoelectric element. 2 to 5
In the description, the resistor 15 was not considered. But resistance 1
The effect of 5 is negligible for this consideration.

【0036】充電スイッチ3および放電スイッチ5は、
圧電エレメント1の充電または放電が行われておらずか
つ行われていない限り、開放されている。この状態にお
いて、図1に図示の回路は定常状態にある。即ち、圧電
エレメント1はその充電状態を実質的に変えずに維持
し、かつ電流は流れない。
The charge switch 3 and the discharge switch 5
The piezoelectric element 1 is open unless charging or discharging is performed and not performed. In this state, the circuit shown in FIG. 1 is in a steady state. That is, the piezoelectric element 1 maintains its charged state substantially unchanged, and no current flows.

【0037】圧電エレメント1の充電の開始によって、
充電スイッチ3は繰り返し閉成かつ開放される。この場
合放電スイッチ5は開放されたままである。
When the charging of the piezoelectric element 1 is started,
The charging switch 3 is repeatedly closed and opened. In this case, the discharge switch 5 remains open.

【0038】充電スイッチ3の閉成の際、図2に図示の
状態が生じる。即ち、圧電エレメント1と、コンデンサ
9と、コイル2とから成る閉じられた電流回路から成る
直列回路が形成される。この電流回路において、図2に
おいて矢印によって示されている電流iLE(t)が流
れる。この電流は、コイル2にエネルギーが蓄積される
ように作用する。その際コイル2におけるエネルギー流
は、コンデンサ9および圧電エレメント1の間の正の電
位差によって影響される。
When the charging switch 3 is closed, the state shown in FIG. 2 occurs. That is, a series circuit including a closed current circuit including the piezoelectric element 1, the capacitor 9, and the coil 2 is formed. In this current circuit, a current i LE (t) indicated by an arrow in FIG. 2 flows. This current acts so that energy is stored in the coil 2. The energy flow in the coil 2 is affected by the positive potential difference between the capacitor 9 and the piezoelectric element 1.

【0039】充電スイッチ3の閉成後直ぐに(例えば数
μs後)行われる、充電スイッチの開放の際に、図3に
示されている状態が生じる。即ち、圧電エレメント1,
ダイオード6およびコイル2から成る閉じられた電流回
路が形成される。この電流回路において、図3に矢印に
よって示されている電流iLA(t)が流れる。この電
流は、コイル2に蓄積されたエネルギーが完全に圧電エ
レメント1に流れるように作用する。圧電エレメント1
に対するエネルギー供給に相応して、ここで生じる電圧
および該エレメントの外径が高められる。コイル2から
圧電エレメント1へ行われるエネルギー搬送の後に再
び、図1の回路の既に上述した定常状態が実現される。
When the charging switch 3 is opened immediately after the charging switch 3 is closed (for example, several μs later), the state shown in FIG. 3 occurs. That is, the piezoelectric elements 1
A closed current circuit consisting of the diode 6 and the coil 2 is formed. In this current circuit, a current i LA (t) indicated by an arrow in FIG. 3 flows. This current acts so that the energy stored in the coil 2 completely flows through the piezoelectric element 1. Piezoelectric element 1
In response to the energy supply to the element, the voltage generated here and the outer diameter of the element are increased. After the energy transfer from the coil 2 to the piezoelectric element 1, the already described steady-state state of the circuit of FIG. 1 is achieved again.

【0040】それからまたはその前に既にまたは後に漸
く(充電過程の所望の時間経過に応じて)、充電スイッ
チ3は新たに閉成されかつ再び開放され、その際上述し
た過程が繰り返される。充電スイッチ3の新たな閉成お
よび開放によって、圧電エレメント1に蓄積されるエネ
ルギーは増加し(圧電エネルギーに既に蓄積されている
エネルギーおよび新たに供給されるエネルギーは加算さ
れる)、かつこれに相応して、圧電エレメントに生じる
電圧および該エレメントの外径が増大する。
At some point before or after that (depending on the desired duration of the charging process), the charging switch 3 is newly closed and opened again, with the above-described process being repeated. With the new closing and opening of the charging switch 3, the energy stored in the piezoelectric element 1 increases (the energy already stored in the piezoelectric energy and the newly supplied energy are added) and correspondingly As a result, the voltage generated on the piezoelectric element and the outer diameter of the element increase.

【0041】充電スイッチ3の上述の閉成および開放が
多数回繰り返されると、圧電エレメントに生じる電圧お
よび圧電エレメントの膨張が段階的に上昇する(このた
めに後で一層詳細に説明する図6の曲線A参照)。
When the above-mentioned closing and opening of the charging switch 3 is repeated many times, the voltage applied to the piezoelectric element and the expansion of the piezoelectric element increase stepwise (for this reason, FIG. 6 which will be described in more detail later). (See curve A).

【0042】充電スイッチ3が前以て決められた回数閉
成されかつ開放されおよび/または圧電エレメント1が
所望の充電状態に達すると、圧電エレメントの充電は充
電スイッチ3の開放維持によって終了される。
When the charging switch 3 has been closed and opened a predetermined number of times and / or the piezoelectric element 1 has reached the desired state of charge, charging of the piezoelectric element is terminated by keeping the charging switch 3 open. .

【0043】圧電エレメント1が再び放電されるべきと
き、このことは放電スイッチ5の繰り返される閉成およ
び開放によって実施される。この場合、充電スイッチ3
は開放状態に留まっている。
When the piezoelectric element 1 is to be discharged again, this is effected by repeated closing and opening of the discharge switch 5. In this case, the charging switch 3
Remains open.

【0044】放電スイッチ5の閉成の際、図4に図示の
状態が生じる。即ち、圧電エレメント1と、コイル2と
から成る直列回路から成る電流回路が形成され、この電
流回路において、図に矢印によって示されている電流i
EE(t)が流れる。この電流は、圧電エレメントに蓄
積されているエネルギー(その部分)がコイル2に搬送
されるように作用する。圧電エレメント1からコイル2
へのエネルギー転送によって、圧電エレメントに生じる
電圧および該エレメントの外径が減少する。
When the discharge switch 5 is closed, the state shown in FIG. 4 occurs. That is, a current circuit composed of a series circuit composed of the piezoelectric element 1 and the coil 2 is formed. In this current circuit, a current i indicated by an arrow in the drawing is shown.
EE (t) flows. This current acts so that the energy (part thereof) stored in the piezoelectric element is transferred to the coil 2. Piezoelectric element 1 to coil 2
The transfer of energy to the electrodes reduces the voltage developed on the piezoelectric element and the outer diameter of the element.

【0045】放電スイッチ5の閉成後直ぐに(例えば数
μs後)行われる、放電スイッチの開放の際に、図5に
示されている状態が生じる。即ち、圧電エレメント1,
コンデンサ9,ダイオード4およびコイル2から成る閉
じられた電流回路が形成される。この電流回路におい
て、図5に矢印によって示されている電流iEA(t)
が流れる。この電流は、コイル2に蓄積されたエネルギ
ーが完全にコンデンサ9に逆供給されるように作用す
る。コイル2からコンデンサ9へ行われるエネルギー搬
送の後に再び、図1の回路の既に上述した定常状態が実
現される。
When the discharge switch 5 is opened immediately after the discharge switch 5 is closed (for example, after several μs), the state shown in FIG. 5 occurs. That is, the piezoelectric elements 1
A closed current circuit consisting of the capacitor 9, the diode 4 and the coil 2 is formed. In this current circuit, the current i EA (t) indicated by the arrow in FIG.
Flows. This current acts so that the energy stored in the coil 2 is completely supplied back to the capacitor 9. After the energy transfer from the coil 2 to the capacitor 9, the steady state already described above of the circuit of FIG. 1 is realized again.

【0046】それからまたはその前に既にまたは後に漸
く(放電過程の所望の時間経過に応じて)、放電スイッ
チ5は新たに閉成されかつ再び開放され、その際上述し
た過程が繰り返される。放電スイッチ5の新たな閉成お
よび開放によって、圧電エレメント1に蓄積されるエネ
ルギーは更に減少し、かつこれに相応して、圧電エレメ
ントに生じる電圧および該エレメントの外径が同様に低
減される。
Already or before or afterwards (depending on the desired duration of the discharge process), the discharge switch 5 is newly closed and opened again, with the above-described process being repeated. With the new closing and opening of the discharge switch 5, the energy stored in the piezoelectric element 1 is further reduced and, correspondingly, the voltage developed on the piezoelectric element and the outer diameter of the element are likewise reduced.

【0047】放電スイッチ5の上述の閉成および開放が
多数回繰り返されると、圧電エレメントに生じる電圧お
よび圧電エレメントの膨張が段階的に減少する。
When the above-mentioned closing and opening of the discharge switch 5 is repeated many times, the voltage generated at the piezoelectric element and the expansion of the piezoelectric element are reduced stepwise.

【0048】放電スイッチ5が前以て決められた回数閉
成されかつ開放されおよび/または圧電エレメント1が
所望の放電状態に達すると、圧電エレメントの放電は放
電スイッチ5の開放維持によって終了される。
When the discharge switch 5 has been closed and opened a predetermined number of times and / or the piezoelectric element 1 has reached the desired discharge state, the discharge of the piezoelectric element is terminated by keeping the discharge switch 5 open. .

【0049】充電および放電の程度および経過は、充電
スイッチ3および放電スイッチ5の開放および閉成の頻
度および持続時間によって決めることができ、その際そ
れぞれのスイッチが閉じられている時間、およびそれぞ
れのスイッチが開放されている時間は同じかまたは異な
っていてよくかつそれぞれの充電ないし放電過程内です
ら、任意に変更することができる。
The degree and course of the charging and discharging can be determined by the frequency and duration of the opening and closing of the charging switch 3 and the discharging switch 5, the time during which each switch is closed and the respective time. The time during which the switches are open can be the same or different and can be varied at will, even within the respective charging or discharging process.

【0050】充電スイッチ3および放電スイッチ5の操
作は閉ループ制御装置10によって行われる。即ち、閉
ループ制御装置10から出力されるスイッチ操作信号は
充電スイッチ3および放電スイッチ5にドライバ11お
よび12を介して供給される。
The operation of the charge switch 3 and the discharge switch 5 is performed by the closed loop control device 10. That is, the switch operation signal output from the closed loop control device 10 is supplied to the charge switch 3 and the discharge switch 5 via the drivers 11 and 12.

【0051】閉ループ制御装置10は充電スイッチ3お
よび放電スイッチ5をとりわけ、圧電エレメント1に生
じる電圧および充電電流ないし放電電流の大きさに依存
して開放および閉成する。即ち、圧電エレメント1に生
じる電圧は閉ループ制御装置10に電圧測定装置13か
ら供給され、かつ充電電流ないし放電電流の大きさは電
流測定装置14から供給される。
The closed-loop control device 10 opens and closes the charging switch 3 and the discharging switch 5 depending, inter alia, on the voltage developed on the piezoelectric element 1 and the magnitude of the charging or discharging current. That is, the voltage generated in the piezoelectric element 1 is supplied to the closed-loop controller 10 from the voltage measuring device 13, and the magnitude of the charging current or the discharging current is supplied from the current measuring device 14.

【0052】充電スイッチ3および放電スイッチ5は、
充電電流ないし放電電流が最大値i maxおよび最小値
minの間で振動するように操作される。その際最大
値i maxおよび最小値iminは、圧電エレメント1
が充電ないし放電によって所定の時間内に所定の電圧に
されるように決められる。
The charge switch 3 and the discharge switch 5
The charging current or the discharging current is the maximum value i maxAnd minimum
iminIt is operated to vibrate between. At that time
Value i maxAnd the minimum value iminIs the piezoelectric element 1
Is charged or discharged to a specified voltage within a specified time.
It is decided to be done.

【0053】圧電エレメントがこの場合のように、内燃
機関のコモン・レール・インジェクタの燃料噴射ノズル
におけるアクチュエータとして使用されるとき、所定の
時間および所定の電圧は殊に次のものに依存して変化す
る: (1)噴射過程当たりに噴射すべき燃料量、(2)機関
回転数、(3)レールにおける圧力、および(4)機関
温度。
When the piezoelectric element is used as an actuator in a fuel injection nozzle of a common rail injector of an internal combustion engine, as in this case, the predetermined time and the predetermined voltage vary, in particular, depending on: Do: (1) the amount of fuel to be injected per injection process, (2) engine speed, (3) pressure at the rails, and (4) engine temperature.

【0054】圧電エレメントの充電の際に生じる、充電
電流の経過およびその結果として圧電エレメントに生じ
る電圧は図6に示されており、その際充電電流経過は曲
線Bによって表されかつ電圧経過は曲線Aによって表さ
れる。
The course of the charging current and the resulting voltage at the piezoelectric element during charging of the piezoelectric element are shown in FIG. 6, the charging current course being represented by curve B and the voltage course being represented by curve B. Represented by A.

【0055】図6から、充電過程が時点tで充電スイ
ッチ3の開放および開放維持によって終了されるとき生
じる状態もわかる。
[0055] From FIG. 6, seen conditions caused when the charging process is terminated when t A by the opening and an open maintenance of charging switch 3.

【0056】充電過程の終了は、充電電流が零に戻るよ
うに作用する。しかしその際に、図6からわかるよう
に、充電電流の低減はほぼ跳躍的にではなく、時間間隔
内に徐々にしか実現されない。この結果として、圧
電エレメントに生じる電圧は充電過程の終了後も引き続
き上昇することになり、その際この引き続く上昇は、充
電電流が零に降下するまで持続する。即ち、圧電エレメ
ントに生じる電圧は、時間間隔t内に、時点tでと
っていた値uから、もはや変化しない値uEn に上
昇する。
The end of the charging process acts to return the charging current to zero. But this time, as can be seen from FIG. 6, the reduction is not nearly jump to the charging current, not only achieved gradually in a time interval t 0. As a result, the voltage developed at the piezoelectric element will continue to increase after the end of the charging process, with the subsequent increase continuing until the charging current drops to zero. That is, the voltage generated in the piezoelectric element, the time interval t 0, the time t A at taking have values u A, rises to no longer change value u En d.

【0057】相応のことは、圧電エレメントの放電に対
しても当てはまる。
The same applies to the discharge of the piezoelectric element.

【0058】閉ループ制御装置10はこの考察の例で
は、圧電エレメントの充電(充電スイッチ3の開放およ
び開放維持)ないし圧電エレメントの放電(放電スイッ
チ5の開放および開放維持)を、充電ないし放電過程の
終了後に行われる、圧電エレメントの引き続く充電ない
し放電によって生じる電圧uEndが正確に、圧電エレ
メントが該エレメントの充電ないし放電によってもって
いかれるべき所望の電圧であることから出発することが
できる時点で終了するように、定められている。
In the example of this consideration, the closed-loop control device 10 controls charging of the piezoelectric element (opening and keeping the charging switch 3 open) or discharging of the piezoelectric element (opening and keeping the discharge switch 5 open) of the charging or discharging process. It ends when the voltage u End resulting from the subsequent charging or discharging of the piezoelectric element, which is performed after termination, can start exactly from the fact that the piezoelectric element is at the desired voltage to be withdrawn by charging or discharging the element. It is stipulated that

【0059】このことはこの考察の例では次のようにし
て実現される:瞬時の(放電−)充電電流i(t)およ
び圧電エレメントで瞬時的に生じる電圧u(t)を考
慮して、連続的に、(放電−)充電過程が(放電−)充
電スイッチの開放および開放維持によって瞬時的に終了
するはずであるとき生じるはずである(最終)電圧u
Endを求め、かつこの(最終)電圧uEndが、圧電
エレメントが(放電−)充電によってもっていかれるべ
き(目標)電圧に達するや否や、(放電−)充電過程を
終了する。即ち、通例このような場合に行われているこ
ととは異なって、瞬時の実際電圧ではなくて、前以て求
められた最終電圧uEndが目標電圧と比較される。
This can be explained as follows in the example of this consideration.
And the instantaneous (discharge-) charge current i (t) and
And the voltage u generated instantaneously in the piezoelectric elementpConsider (t)
In consideration of this, the (discharge-)
Instantaneous termination by opening and keeping the switch open
(Final) voltage u that should occur when
EndAnd this (final) voltage uEndBut piezoelectric
The element should be brought by (discharge-) charging.
As soon as the (target) voltage is reached, the (discharge-) charging process
finish. That is, what is usually done in such cases
Unlike the instantaneous actual voltage,
Final voltage uEndIs compared with the target voltage.

【0060】最終電圧uEndをどのように求めるか
は、この考察の例では、圧電エレメントは容量特性を近
似的に有しているという認識に基づいている。従ってu
Endは次式
How to determine the final voltage u End is based on the recognition that the piezoelectric element has approximately a capacitive characteristic in the example of this discussion. Therefore u
End is given by the following equation.

【0061】[0061]

【数1】 (Equation 1)

【0062】から計算され、ただしCは、圧電エレメ
ントの容量であり、i(t)は、充電電流i(t)な
いし放電電流i(t)であり、up0は、(放電−)
充電スイッチの開放および開放維持の時点tに圧電エ
レメントにおいて生じる電圧(図6の電圧u)であ
り、tは、(放電−)充電スイッチの開放および開放
維持の時点であり、かつtは、(放電−)充電スイッ
チの開放および開放維持後に(放電−)充電電流がこの
時間間隔内に零に戻る時間間隔である。
Where C p is the capacitance of the piezoelectric element, i (t) is the charge current i L (t) or discharge current i E (t), and up0 is )
An opening and an open maintenance time t A occurs in the piezoelectric element to a voltage of the charging switch (voltage u A in FIG. 6), t A is (discharge -) and the time of opening and the open maintenance of the charging switch, and t 0 is the time interval during which the (discharge-) charge current returns to zero within this time interval after opening and maintaining the (discharge-) charge switch.

【0063】充電スイッチの開放後の充電では図3に示
されている状態が生じるので、充電電流i(t)およ
び圧電エレメントに生じる電圧u(t)は次式
[0063] Since the subsequent opening of the charging switch the charge state shown in FIG. 3 occurs, the charging current i L (t) and generated in the piezoelectric element voltage u p (t) the following equation

【0064】[0064]

【数2】 (Equation 2)

【0065】と計算され、ただしiは、充電スイッチ
の開放および開放維持の時点での充電電流であり、L
は、コイル2のインダクタンスでありかつ
Where i 0 is the charging current at the time of opening and maintaining the charge switch, and L 0
Is the inductance of coil 2 and

【0066】[0066]

【数3】 (Equation 3)

【0067】が成り立つ。The following holds.

【0068】これにより、充電電流がこの間に零に降下
する時間間隔tが次式のように計算される:
The time interval t 0 during which the charging current drops to zero during this time is calculated as follows:

【0069】[0069]

【数4】 (Equation 4)

【0070】式(2)のi(t)、式(3)のu
(t)および式(5)のtを式(1)に代入する
と、求める最終電圧uEndは次のようになる:
I L (t) in equation (2) and u L in equation (3)
Substituting p (t) and t 0 of equation (5) into equation (1), the final voltage u End sought is:

【0071】[0071]

【数5】 (Equation 5)

【0072】最終電圧uEndは充電電流および充電ス
イッチの開放および開放維持の時点に圧電エレメントに
生じる電圧の関数である。即ち、それは式(6)に従っ
てその都度実時点で計算することができるかまたは相応
の対応テーブルから取り出すことができる。
The final voltage u End is a function of the charging current and the voltage developed at the piezoelectric element at the time of opening and maintaining the charging switch. That is, it can be calculated in each case according to equation (6) at the actual time or can be taken from the corresponding correspondence table.

【0073】圧電エレメントの放電の際に生じる最終電
圧の算出は、圧電エレメントの充電の際に生じる最終電
圧の算出と類似して行われる。
The calculation of the final voltage generated when the piezoelectric element is discharged is performed similarly to the calculation of the final voltage generated when the piezoelectric element is charged.

【0074】放電スイッチの開放後の放電の際に、図5
に図示の状態が生じるので、放電電流i(t)および
圧電エレメントに生じる電圧u(t)は次式のように
計算され:
In the case of discharging after opening the discharging switch, FIG.
Since the state shown in the figure occurs, the voltage u p (t) resulting discharge current i E (t) and the piezoelectric elements are calculated as follows:

【0075】[0075]

【数6】 (Equation 6)

【0076】上式中Cは、コンデンサ9の容量であ
り、iは、放電スイッチの開放および開放維持の時点
の放電電流であり、Lは、コイル2のインダクタンスで
ありかつuB0は、放電スイッチの開放および開放維持
の時点にコンデンサ9において生じる電圧でありかつ
[0076] In the above formula C p is the capacitance of the capacitor 9, i 0 is the discharge current at the time of opening and the opening sustain discharge switches, L is the inductance in it and u B0 of coil 2, The voltage developed across the capacitor 9 at the time of opening and maintaining the discharge switch, and

【0077】[0077]

【数7】 (Equation 7)

【0078】が成り立つ。Holds.

【0079】これにより、その時間内で放電電流が零に
降下する時間間隔tが次のように計算される:
The time interval t 0 during which the discharge current drops to zero is calculated as follows:

【0080】[0080]

【数8】 (Equation 8)

【0081】式(7)のi(t)、式(8)のu
(t)および式(10)のtを式(1)に代入すれ
ば、放電の際に期待される最終電圧が正確に前以て求め
られる。
I E (t) in equation (7) and u E in equation (8)
By substituting p (t) and t 0 of equation (10) into equation (1), the final voltage expected at the time of discharge can be accurately obtained in advance.

【0082】圧電エレメントの充電の場合と同様に、求
めるべき最終電圧は、実時点で計算することができるか
または相応の対応テーブルから取り出すことができる。
As in the case of the charging of the piezoelectric element, the final voltage to be determined can be calculated in real time or taken from a corresponding correspondence table.

【0083】放電の際に生じる最終電圧は充電の際に生
じる最終電圧とは異なって、付加的に、放電スイッチの
開放および開放維持の時点にコンデンサ9に生じる電圧
、即ち全部で3つの独立した変数に依存してい
る。しかし電圧uB0の依存性は無視することができ
る。というのは、この電圧は通例非常に狭い電圧領域に
おいてしか変化せずかつこの形式の変化は最終電圧u
Endに対して殆ど影響を及ぼさないからである。従っ
て、圧電エレメントの放電の際にも、放電電流および圧
電エレメントに生じる電圧「だけ」を考慮すればよい。
The final voltage generated during discharging is different from the final voltage generated during charging, and additionally, the voltage u B 0 generated at the capacitor 9 at the time of opening and maintaining the discharge switch, ie, a total of 3 Relies on two independent variables. However, the dependence of the voltage u B0 can be neglected. This is because this voltage usually only changes in a very narrow voltage range and this type of change is the final voltage u
This is because it hardly affects End . Therefore, when discharging the piezoelectric element, the discharge current and the voltage "only" generated in the piezoelectric element may be considered.

【0084】最終電圧と、(放電−)充電スイッチの開
放および開放維持による(放電−)充電過程の終了後に
行われる、圧電エレメントに生じる電圧との、(放電
−)充電電流と、圧電エレメントに生じる、(放電−)
充電スイッチの開放および開放維持の時点での電圧とに
対する依存性は図7ないし図10に特性曲線領域として
図示されており、その際図7および図8は、圧電エレメ
ントの充電に関しかつ図9および図10は、圧電エレメ
ントの放電に関する。
The (discharge-) charging current of the final voltage, the voltage generated in the piezoelectric element after the (discharge-) charging process by opening and maintaining the (discharge-) charge switch, and the Occurs, (discharge-)
The dependence of the charge switch on the voltage at the time of opening and holding open is shown in FIGS. 7 to 10 as a characteristic curve region, FIGS. 7 and 8 relating to the charging of the piezoelectric element and FIGS. FIG. 10 relates to the discharge of the piezoelectric element.

【0085】図4ないし図7は、生じる最終電圧は、
(放電−)充電スイッチの開放および開放維持の時点で
の(放電−)充電電流に非常に著しく依存しておりかつ
その結果、(放電−)充電スイッチの開放および開放維
持の時点を圧電エレメントに瞬時的に生じる電圧のみな
らず、瞬時的な(放電−)充電電流にも依存するように
することが非常に重要であることを明確に示している。
FIGS. 4 to 7 show that the resulting final voltage is
It depends very much on the (discharge-) charge current at the time of opening and maintaining the (discharge-) charge switch and, as a result, the time of opening and maintaining the (discharge-) charge switch on the piezo element It clearly shows that it is very important to rely not only on the instantaneously occurring voltage, but also on the instantaneous (discharge-) charging current.

【0086】この関係において、(放電−)充電電流を
それがその中で上下に変化する幅を縮小することによっ
てあまり変動させないようにすることは賢明でないこと
を考慮すべきである。即ちその場合、(放電−)充電ス
イッチは比較的頻繁にかつ比較的短い時間間隔をおいて
操作しなければならないことになり、このために結果と
して損失電力が著しく高められることになる。
In this connection, it should be taken into account that it is not advisable to make the (discharge-) charge current less variable by reducing the width in which it changes up and down. This means that the (discharge-) charge switch must be operated relatively frequently and at relatively short time intervals, which results in a significant increase in power loss.

【0087】圧電エレメントのここまで説明してきた充
電および放電は、閉ループ制御装置(閉ループ制御装置
10)を使用して行われた。(放電−)充電電流および
圧電エレメントに生じる電圧がこれらの実時点での測定
なしに、即ち例えば計算によりまたはテーブルを使用し
て突き止めることができるとき、閉ループ制御装置に代
わって、開ループ制御装置を使用することもできる。そ
の場合には、電圧測定装置13および電流測定装置14
を省略することができるという利点が生じる。
The above-described charging and discharging of the piezoelectric element was performed using a closed-loop controller (closed-loop controller 10). Instead of a closed-loop control device, instead of a closed-loop control device, the (discharge-) charging current and the voltage developed on the piezoelectric element can be ascertained without these actual measurements, ie, for example, by calculation or using a table. Can also be used. In that case, the voltage measuring device 13 and the current measuring device 14
Can be omitted.

【0088】説明してきた方法および説明してきた装置
によれば、これらの実際の実現の詳細に無関係に、これ
らを使用して充電または放電すべき圧電エレメントが正
確に所望の通り引き続き充電および放電することができ
るようになる。
According to the described method and the described apparatus, irrespective of the details of their actual realization, the piezoelectric elements to be charged or discharged using them continue to be charged and discharged exactly as desired. Will be able to do it.

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

【図1】圧電エレメントの充電および放電のための本発
明の装置の1実施例を示す回路略図である。
FIG. 1 is a schematic circuit diagram showing one embodiment of the device of the present invention for charging and discharging a piezoelectric element.

【図2】第1の充電フェーズ(充電スイッチ3は閉成さ
れている)の期間に、図1の装置において生じる状態を
説明するための回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram for explaining a state occurring in the device of FIG. 1 during a first charging phase (charging switch 3 is closed).

【図3】第2の充電フェーズ(充電スイッチ3は再び開
放されている)の期間に、図1の装置において生じる状
態を説明するための回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram for explaining a state occurring in the device of FIG. 1 during a second charging phase (charging switch 3 is opened again).

【図4】第1の放電フェーズ(放電スイッチ5は閉成さ
れている)の期間に、図1の装置において生じる状態を
説明するための回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram for explaining a state occurring in the device of FIG. 1 during a first discharge phase (the discharge switch 5 is closed).

【図5】第2の放電フェーズ(放電スイッチ5は再び開
放されている)の期間に、図1の装置において生じる状
態を説明するための回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram for explaining a state occurring in the device of FIG. 1 during a second discharge phase (the discharge switch 5 is opened again).

【図6】図1の装置による充電電流および圧電エレメン
トの充電の際に圧電エレメントに生じる電圧の時間経過
を示す波形図である。
FIG. 6 is a waveform diagram showing a lapse of time of a charging current and a voltage generated in the piezoelectric element when the piezoelectric element is charged by the device of FIG. 1;

【図7】図1の装置による圧電エレメントの充電の際に
種々の電気量の間に生じる関係を説明するための特性曲
線領域図である。
FIG. 7 is a characteristic curve region diagram for explaining a relationship generated between various electric quantities when the piezoelectric element is charged by the device of FIG. 1;

【図8】図1の装置による圧電エレメントの充電の際に
種々の電気量の間に生じる関係を説明するための別の特
性曲線領域図である。
8 is another characteristic curve area diagram for explaining a relationship that occurs between various electric quantities when the piezoelectric element is charged by the device of FIG. 1. FIG.

【図9】図1の装置による圧電エレメントの放電の際に
種々の電気量の間に生じる関係を説明するための特性曲
線領域図である。
FIG. 9 is a characteristic curve area diagram for explaining a relationship generated between various electric quantities when the piezoelectric element is discharged by the apparatus of FIG. 1;

【図10】図1の装置による圧電エレメントの放電の際
に種々の電気量の間に生じる関係を説明するための別の
特性曲線領域図である。
FIG. 10 is another characteristic curve area diagram for explaining a relationship generated between various electric quantities when the piezoelectric element is discharged by the apparatus of FIG. 1;

【図11】圧電エレメントの充電および放電のための従
来の装置の回路略図である。
FIG. 11 is a circuit schematic diagram of a conventional device for charging and discharging a piezoelectric element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧電エレメント、 2 コイル、 3 充電スイッ
チ、 5 放電スイッチ、 9 コンデンサ、 10
閉ループ制御装置
Reference Signs List 1 piezoelectric element, 2 coil, 3 charge switch, 5 discharge switch, 9 capacitor, 10
Closed loop controller

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イェルク ライネケ ドイツ連邦共和国 シュツツトガルト カ レーシュトラーセ 6 (72)発明者 アレキサンダー ホック ドイツ連邦共和国 シュツツトガルト ク ニットリンガー シュトラーセ 1 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Jörg Reineke, Germany Stuttgart Kalestraße 6 (72) Inventor Alexander Hock Stuttgart, Germany Knittlinger Strasse 1

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧電エレメントを所望の電圧に充電およ
び放電するための方法において、充電過程ないし放電過
程を、圧電エレメントにおける所望の電圧に達する所定
の時間の前に既に終了することを特徴とする圧電エレメ
ントの充電および放電方法。
1. A method for charging and discharging a piezoelectric element to a desired voltage, characterized in that the charging or discharging process is terminated before a predetermined time to reach a desired voltage at the piezoelectric element. A method for charging and discharging a piezoelectric element.
【請求項2】 前記圧電エレメント(1)の充電ないし
放電を、充電回路に設けられている充電スイッチ(3)
ないし放電回路に設けられている放電スイッチ(5)の
繰り返される開放および閉成によって行う請求項1記載
の圧電エレメントの充電および放電方法。
2. A charging switch (3) provided in a charging circuit for charging or discharging the piezoelectric element (1).
2. The method for charging and discharging a piezoelectric element according to claim 1, wherein the method is performed by repeatedly opening and closing a discharge switch provided in a discharge circuit.
【請求項3】 前記充電過程ないし放電過程の終了を前
記充電スイッチ(3)ないし放電スイッチ(5)の開放
ないし開放状態維持によって行う請求項2記載の圧電エ
レメントの充電および放電方法。
3. The method for charging and discharging a piezoelectric element according to claim 2, wherein the charging step or the discharging step is terminated by opening or maintaining an open state of the charging switch (3) or the discharging switch (5).
【請求項4】 前記充電過程ないし放電過程を、圧電エ
レメント(1)において生じている電圧(u)が跳躍
的には零に降下しない充電ないし放電電流のためにまだ
正確に所望の電圧に達するまで上昇ないし降下すること
から出発することができる時点で終了する請求項1から
3までのいずれか1項記載の圧電エレメントの充電およ
び放電方法。
Wherein the charging process or discharging process, the still exactly the desired voltage for the occurring voltage (u p) charging to discharging current does not drop to zero in jumping manner in the piezoelectric element (1) 4. The method according to claim 1, wherein the method ends at a point where it can start from ascending or descending until reaching.
【請求項5】 前記圧電エレメント(1)の充電ないし
放電の期間に、充電過程ないし放電過程が瞬時的に終了
されるときに、該圧電エレメントが更になお引き続いて
充電ないし放電されるはずである最終電圧(uEnd
を連続的に求める請求項4記載の圧電エレメントの充電
および放電方法。
5. When the charging or discharging process is instantaneously terminated during the charging or discharging of the piezoelectric element (1), the piezoelectric element should still be subsequently charged or discharged. Final voltage (u End )
5. The method for charging and discharging a piezoelectric element according to claim 4, wherein s is continuously determined.
【請求項6】 前記連続的に求められた最終電圧(u
End)を連続的に、圧電エレメント(1)が充電ない
し放電によってもっていかれるはずである電圧と比較す
る請求項5記載の圧電エレメントの充電および放電方
法。
6. The continuously determined final voltage (u
6. The method as claimed in claim 5, wherein End ) is continuously compared with a voltage at which the piezoelectric element (1) is to be taken up by charging or discharging.
【請求項7】 前記最終電圧(uEnd)を瞬時的な充
電ないし放電電流および圧電エレメントに瞬時的に生じ
ている電圧を考慮して求める請求項5または6記載の圧
電エレメントの充電および放電方法。
7. The method for charging and discharging a piezoelectric element according to claim 5, wherein the final voltage (u End ) is determined in consideration of an instantaneous charging or discharging current and a voltage instantaneously generated in the piezoelectric element. .
【請求項8】 圧電エレメント(1)を所望の電圧に充
電および放電するための装置において、充電過程ないし
放電過程を、圧電エレメントにおける所望の電圧に達す
る所定の時間の前に既に終了するように設計されている
開ループ制御装置または閉ループ制御装置(10)を備
えていることを特徴とする圧電エレメントの充電および
放電装置。
8. A device for charging and discharging a piezoelectric element (1) to a desired voltage such that the charging or discharging process is terminated before a predetermined time to reach a desired voltage at the piezoelectric element. A device for charging and discharging a piezoelectric element, comprising a designed open-loop or closed-loop controller (10).
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