JPS63134836A - 圧電素子駆動装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 尺皿Ω旦灼 ［産業上の利用分野］ 本発明は、圧電素子への電荷の充電、放電を行なう事に
より圧電素子を駆動制御する圧電素子駆動装置に関する
。

［従来の技術］ 近年、圧電素子は、その伸長作用の高い応答性に着目し
、アクチュエータとして、高速応答性が要求される分野
で広く用いられている。こうした分野の一例としては、
内燃は関の高速回転に応じて応答性良く燃料噴射を行な
う燃料噴射装置を挙げることができ、燃料噴射弁に圧電
素子を応用した燃料噴射弁駆動装置が既に提案されてい
る。この種の燃料噴射弁駆動装置は、内燃機関の運転状
態を検出する運転状態検出手段と圧電素子を駆動する圧
電素子駆動回路とを備え、上記運転状態検出手段で検出
した運転状態から燃料噴射時および燃料噴射終了時を算
出し、燃料噴射時には、圧電素子駆動回路にて圧電素子
への充電を行ない、これを伸長させ、直接もしくは間接
的に弁体を開弁方向にリフトして開弁を行ない、他方、
燃料噴射終了時には、圧電素子駆動回路にて圧電素子の
電荷を取り去ってこれを短縮させ、弁体の開弁方向への
付勢をなくし、閉弁を行なうよう構成されている。

こうした燃料噴射弁駆動装置に用いられる圧電素子駆動
回路は、種々なる回路構成のものが提案されており、例
えば米国自動車技術会予稿集８００５０２号（ＳＡＥ、
Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　　Ｐａｐｅｒ　　５ｅｒｉｅｓ）
に示すものがある。この圧電素子駆動回路は、第１４図
の電気回路図に示すように、電源回路９００と、この電
源回路９００と並列に接続されて、電源回路９００より
供給された電荷を貯える直列接続の第１コンデンサ９０
２および第２コンデンサ９０４とを備えている。

そして圧電素子９０６と両コンデンサ９０２，９０４と
の間で、圧電素子９０６のキャパシタンスと共に直列共
振回路を形成する第１コイル９０８と、該直列共振回路
を開閉する第１ザイリスタ９１０とを備えるよう構成し
、この第１サイリスタ９１０を閉成した時、瞬時に第１
コンデンサ９０２および第２コンデンサ９０４に貯えら
れた電荷を圧電素子９０６に移している。他方、上記直
列共振回路とは別に、圧電素子９０６と第２コンデンサ
９０４との間に、該コンデンサ９０４と共に直列共振回
路を形成する第２コイル９１２と、該直列共振回路を開
・閉する第２サイリスタ９１４とを備えるよう構成し、
この第２サイリスタ９１４を閉成した時、瞬時に圧電素
子９０６に貯えられた電荷を第２コンデンサ９０４に移
している。

即ち、上記圧電素子駆動回路を用いた燃料噴射弁駆動装
置は、算出した燃料噴射時に第１サイリスタ９１０を閉
成し、他方、燃料噴射終了時に第２゛サイリスタ９１２
を閉成して、燃料噴射弁を駆動している。

一方、特公昭４７−５１４８４号に示される「内燃は関
の電気膨張モジュールを制御するための改良された装置
」の発明等に示されるように、上記直列共振回路に用い
られるコイルを所謂可変インダクタンスにするといった
提案等も為されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記米国自動車技術会予稿集８００５０
２号に示される提案においては、第１サイリスタ９１０
および第２サイリスタ９１２の開閉時を変えることによ
り圧電素子９０６の充放電タイミング、即ち燃料噴射弁
の開閉タイミングを制御することができるが、圧電素子
９０６の単位時間当りの充電口（以下充電率と呼ぶ）、
および圧電素子の単位時間当りの放電母（以下放電率と
呼ぶ）は、第１コイル９０８および第２コイル９１２の
インダクタンス等により一義的に定められ、変更するこ
とができない。このため、この圧電素子駆動回路を用い
た燃料噴射弁駆動装置は、燃料噴射弁の弁体の単位時間
当りのリフト量、即ち単位時間当りの燃料噴射量（以下
燃料噴射率と呼ぶ）を内燃機関の運転状態に応じて制御
することができないという問題点を有していた。

一方、上記特公昭４７−５１４８４号の発明に示される
ような可変コイル（可変インダクタンス）を用いたもの
においても以下のような問題が考えられた。

（ａ＞　　可変コイルを用いることにより圧電素子への
充電口を変えることはできるが、このとき第１５図のグ
ラフに示すように充電時間も共に一義的に変化してしま
う。これは、コイルとコンデンーリ゛とを用いた回路に
おいては、充電口および充電時間も共にコイルのインダ
クタンス等により決定されることに起因する。このため
時間に対する充電量、即ち、充電率は一律に決まってし
まい、この結果、この装置を燃料噴射弁駆動装置として
用いた場合には、燃利噴則率も一律に決まってしまうと
いった問題があった。

（ｂ）　　また、可変コイルのインダクタンスを変更す
るには鉄心の位置を移動させたり、あるいはコイルの引
き出し口を切り替えて巻数を変更するといった操作が必
要とされるが、切り替え動作°の応答性が悪いといった
問題や緻密性に欠けるといった問題が考えられた。これ
は、例え、高速に可変コイルのインダクタンスを変更で
きるにう構成したとしても、コイルとコンデンサの応答
速度（過渡現象の速度）等の問題も精度の面で考えられ
た。

本発明の圧電素子駆動装置は、充電時間と充電量とを各
々独立に制御できるようにし上記問題点を解決するもの
であり、以下の如く構成されている。

及班至璽濾 ［問題点を解決するための手段］ 本発明の圧電素子駆動装置は、第１図にその基本構成を
例示する如く、 機器のアクチュエータとして用いられる圧電素子（Ｍｌ
）と、 該圧電素子（Ｍｌ）の充電をスイッチング素子を用いて
行なう充電回路（Ｍ２）と、 上記圧電素子（Ｍｌ）の放電をスイッチング素子を用い
て行なう放電回路（Ｍ３）と、を備えて圧電素子（Ｍｌ
）を駆動制御する圧電素子駆動装置において、 上記機器の運転状態に応じた頻度および／または幅のパ
ルスを出力するパルス発生回路（Ｍ４）と、 該パルス発生回路（Ｍ４）の出力するパルスにより上記
充電回路（Ｍ２）のスイッチング素子および／または上
記放電回路（Ｍ３）のスイッチング素子を駆動するスイ
ッチング素子駆動回路（Ｍ５）と、 を備えて構成されている。

ここで、パルス発生回路（Ｍ４）とは、機器の運転状態
に応じた幀度および／または幅のパルスを出力するもの
であればよく、は器の運転状態を各種センサ等を用いて
検出し該検出された運転状態に応じたｌｌＬ度および／
またはデユーティ比のパルスを所謂周波数分割器等を用
いて出力するよう構成すること等が考えられる。尚、は
器の運転状態とは、本発明を用いる機器の運転状態のこ
とであって、例えば本発明を内燃機関に用いた場合には
内燃機関の回転速度やアクセル開度あるいは冷却水温等
のことである。

スイッチング素子駆動回路（Ｍ５）とは、パルス発生回
路（Ｍ４）の出力するパルスにより充電回路（Ｍ２）の
スイッチング素子および／または放電回路（Ｍ３）のス
イッチング素子を駆動するものであればよく、両方のス
イッチング素子を制御駆動するよう構成してもよいし、
あるいは一方だけを制御駆動するよう構成してもよい。

尚、一方だけのスイッチング素子を制御駆動するよう構
成した場合には、他のスイッチング素子は単に所定のタ
イミングで所定時間オン動作等するよう構成されるのは
もちろんのことである。

［作用］ 上記構成を有する本発明の圧電素子駆動装置は次の如く
作用する。

本発明の圧電素子駆動装置は、 機器の運転状態に応じた頻度および／または幅のパルス
をパルス発生回路（Ｍ４）が出力し、該出力されたパル
スにより充電回路（Ｍ２）のスイッチング素子および／
または放電回路（Ｍ３）のスイッチング素子をスイッチ
ング素子駆動回路（Ｍ５）により駆動してアクチュエー
タとしての圧電素子（Ｍｌ）を駆動制御するよう働く。

［実施例］ 以上説明した本発明の構成を一層明らかにする為に、本
発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明の一実施例としての圧電素子駆動装置を
示す構成図、第３図は本実施例の圧電素子駆動装置を採
用して構成した４気筒デイーゼルエンジンの概略構成図
、第４図（イ）は本実施例に用いられた燃料噴射弁の構
造を示す断面図、第４図（ロ）は上記燃料噴射弁の油圧
ピストン部の構造を示す拡大断面図でおる。

第３図に示すように、１はディーゼルエンジンで、ディ
ーゼル各気筒毎に燃焼室への直噴を行なう燃料噴射弁８
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
。

燃料噴射弁８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。燃料蓄圧管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８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の吐出口に連結される。

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８は燃
料返戻導管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がなくても燃料供給ポンプ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１
２内に蓄積される。この圧力をレール圧とも呼ぶ。

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および燃料
圧センサ２８等が設けられている。電子制御装置３０は
、上記各センサの出力およびアクセルペダル３２の出力
に基づいて、圧電素子駆動回路４０およびポンプ駆動装
置４５を介して、ディーゼルエンジン１の燃料噴射量お
よび燃料噴射時期を制御し、ディーゼルエンジン１の出
力を制御するが、電子制御装置３０の構成およびこれが
行なう処理については後述する。尚、ここで電子制御装
置３０と圧電素子駆動回路４０とを合わせて圧電素子駆
動装置と呼ぶ。

次に燃料噴射弁８の構造について説明する。燃料噴射弁
８は、第４図（イ）に示すように、燃料流入口４８を組
み付けた燃料噴射弁本体５０、この燃料噴射弁本体５０
にノズルホルダ５１によりスペーサ５２を介して固定さ
れるノズル５３および圧電素子を用いたアクチュエータ
５４等を備えている。燃料噴射弁本体５０、スペーサ５
２、ノズル５３内には互いに直列に配置された制御ロッ
ド５６、加圧ピン５７およびニードル５８が摺動可能に
挿入される。制御ロッド５６の上方には燃料室５９が形
成され、この燃料室５９は流入口４８および燃料供給管
１０を介して蓄圧室１２（第３図）に連結される。従っ
て燃料室５９内には蓄圧室１２内の燃料圧が加わってお
り、燃料室５９内の燃料圧が制御ロッド５６の上面に作
用する。

ニードル５８は円錐状をなす受圧面６０を有し、この受
圧面６０の周りにニードル加圧室６１が形成される。ニ
ードル加圧室６１は一方では燃料通路６２を介して燃料
室５９に連°結され、他方ではニードル５８の周りに形
成された環状の燃料通路６３を介して、ノズル孔５３ａ
の先端に形成されたノズル孔５３ａに連結される。燃料
噴射弁本体５０内に加圧ピン５７を下方に向けて付勢す
る付勢ばね６４が挿入され、ニードル５８はこの付勢ば
ね６４によっても下方に押圧される。制御ロッド５６は
その中間部に円錐状をなす受圧面６５を有し、この受圧
面６５の周りに制御ロッド加圧室６６が形成される。制
御ロッド加圧室６６は燃料噴射弁本体５０内に形成され
たシリンダ６７内に連通せしめられ、このシリンダ６７
内には油圧ピストン６８が摺動可能に挿入される。この
油圧ピストン６８にはＯリング６９が取付けられている
。

次に、制御ロッド加圧室６６を介して制御ロッド５６を
駆動するアクチユエータ５４の構造について説明する。

このアクチュエータ５４は燃料噴射弁本体５０に固締さ
れたケーシング７１と、油圧ピストン６８およびケーシ
ング７１間に挿入された圧電素子７２からなる。この圧
電素子７２は薄板状の圧電素子を多数枚積層した積層構
造をなしており、この圧電素子７２に電圧を印加すると
圧電素子７２は電歪効果によって長手方向の歪を生ずる
、即ち長手方向に伸びる。電圧の印加を停止すれば圧電
素子７２はただちに縮む。また油圧ピストン６８と燃料
噴射弁本体５０間には皿ばね７３が挿入され、この皿ば
ね７３のばね力によって油圧ピストン６８は圧電素子７
２に向けて押圧される。第４図（ロ）に示すように油圧
ピストン６８内には燃料通路７４が形成され、この燃料
通路７４内には逆止弁７５が挿入される。ケーシング７
１と圧電素子７２との門には圧電素子７２を冷却するた
めに図示しない装置によって燃料が循環せしめられ、制
御ロッド加圧室６６内の燃料、即ち制御油が漏洩すると
ケーシング７１内の燃料が燃料通路７４および逆止弁７
５を介して制御ロッド加圧室６６内に補給される。

制御ロッド加圧室６６内の燃料、即ち制御油が加圧され
ていない場合にはニードル５８には制御ロッド５６の上
面に作用する下向きの力と、圧縮ばね６４による下向き
の力と、ニードル５８の受圧面６０に作用する上向きの
力が加わる。このとき下向きの力の総和が上向きの力よ
りも若干大きくなるように制御ロッド５６の径、圧縮ば
ね６４のばね力およびニードル５８の受圧面６０の面積
が設定されている。従って通常ニードル５８には下向き
の力が作用しており、斯くして通常ニードル５８はノズ
ル孔５３ａを閉鎖している。次いで圧電素子７２に電圧
が印加されると圧電素子７２が伸びるために油圧ピスト
ン６８が左方に移動し、その結果制御ロッド加圧室６６
内の制御油圧が上昇する。このとき制御ロッド５６の受
圧面６５に上向きの力が作用するために制御ロッド５６
が上昇し、斯くしてニードル５８が上昇するためにノズ
ル孔５３ａから燃料が噴射される。一方、圧電素子７２
への電圧の印加が停止せしめられると圧電素子７２は縮
み、その結果制御ロッド加圧室６６内の制御油圧が低下
するために１ｉＩＩ御ロツド５６およびニードル５８が
下降して燃料噴射が停止せしめられる。

次に本実施例における圧電素子駆動装置、即ち、電子制
御装＠３０と圧電素子駆動回路４ｏとの構成およびその
働きについて説明する。電子制御装置３０は、第５図に
示すように、周知のＣＰｔＪ　１１０、ＲＯＭ１１１．
ＲＡＭ１１２を中心に、タイマ１１５．外部入出力回路
１１６、圧電素子駆動回路４０への出力を行なうパルス
出力回路１１７、圧電素子駆動回路４０からの入力を行
なうパル゛ス入力回路１１８等をバス１１９によって相
互に接続した論理演算回路として構成されている。

外部入出力回路１１６には既述したクランク角センサ２
１，２２、冷却水温センサ２４．過給圧センサ２６．燃
料圧センサ２８およびアクセルセンサ３４が接続されて
おり、ＣＰＵ１１０はこの外部入出力回路１１６を介し
て、クランク角（従ってディーゼルエンジン１の回転速
度）および気筒判別信号、冷却水温、過給圧、レール圧
およびアクセル開度等のディーゼルエンジン１の運転状
態を読み込むことができる。更に、この外部入出力回路
１１６は、図示しないが、燃料供給ポンプ１４を駆動す
るポンプ駆動装置４５等に接続されている。尚、燃料供
給ポンプ１４の制御については本発明の要旨には直接関
係しないので、ここではレール圧Ｐはディーゼルエンジ
ン１の回転速度に比例して制御されるものとして、説明
は省略する。

また、パルス出力回路１１７およびパルス入力回路１１
８は、圧電素子駆動回路４０の各々の接続端子Ｔ１．Ｔ
２．Ｔ３．Ｔ４．Ｔ５およびＴ６゜Ｔ７と接続されてい
る。このパルス出力回路１１７からは、上記各種センサ
から入力されるディーゼルエンジン１の運転状態および
接続端子Ｔ６゜Ｔ７を介して圧電素子駆動回路４０から
入力される各信号に基づいた各種信号が接続端子Ｔ１．
Ｔ２、Ｔ３．Ｔ４．Ｔ５に出力されるが、これらについ
ては後に詳しく説明する。

一方、圧電素子駆動回路４０は、第２図に示すように、
アクチュエータ５４内の圧電素子７２の充電を行なう充
電回路１３０、圧電素子７２の放電を行なう放電回路１
４０、電子制御装置３０と共に所定のパルスを出力する
パルス出力回路１５０、圧電素子７２の充電停止タイミ
ングおよび放電停止タイミングを検出する判定回路１６
０、等から構成されている。ここで、電子制御装置３０
とパルス出力回路１５０とは、パルス発生回路およびス
イッチング素子駆動回路として働く。

充電回路１３０は、電源としてのバッテリ１３１、パル
ス出力回路１５０の出力に従ってスイッチング動作を行
なうトランジスタ１３２．　　トランジスタ１３２がオ
ン状態となった時に圧電素子７２への突入電流を抑止す
るコイル１３３、トランジスタ１３２がオフ状態となっ
た時にコイル１３３による逆起電力を吸収するための抵
抗器１３４およびダイオード１３５、等から構成されて
いる。

これにより、トランジスタ１３２がオン状態となった時
には、圧電素子７２はバッテリ１３１より電源を供給さ
れ充電される。

放電回路１４０は、パルス出力回路１５０の出力に従っ
てスイッチング動作を行なうトランジスタ１４１、突入
電流を抑止するコイル１４２、逆起電力を吸収するため
の抵抗器１４３およびダイオード１４４、等から構成さ
れている。これにより、トランジスタ１４１がオン状態
となった時には、充電された圧電素子７２は放電を行な
う。

パルス出力回路１５０は、所定頻度のパルス信号（矩形
波）ＰＶｌ（本実施例ではＩＭＨｚ）を出力するパルス
発振器１５１、パルス発振器１５１の出力するパルス信
号ＰＶ１をＥＣＵ３Ｏが接続端子Ｔ２およびＴ４を介し
て各々出力する分周信号ＰＶ２およびＰＶ３に従って各
々分周するカウンタ１５２，１５３、カウンタ１５２，
１５３の出力する分周された各々のパルス信号ＰＶ４お
よびＰＶ５とＥＣＵ３Ｏが接続端子Ｔ１およびＴ３を介
して各々出力する同期信号ＰＶ６およびＰＶｌと各々論
理積をとる論理積回路１５４，１５５、論理積回路１５
４および１５５が各々出力するパルス信号ＰＶ８および
ＰＶ９に従って充電回路１３０のトランジスタ１３２お
よび放電回路１４０のトランジスタ１４１を各々オン・
オフ駆動するトリガ回路１５６，１５７、等から構成さ
れている。

判定回路１６０は、圧電素子７２の有する端子電圧Ｖを
１／１００に分圧する抵抗器１６１，１６２．１／１０
０に分圧された端子電圧Ｖ（以下、分圧電圧Ｖｏと呼ぶ
）とグランドレベルとの比較を行なう比較器１６３、分
圧電圧Ｏの電圧をデジタル値に変換する所謂Ａ／Ｄコン
バータ１６４、該Ａ、／Ｄコンバータ１６４の出力とＥ
ＣＵ３Ｏが接続端子Ｔ５を介して出力する設定電圧Ｓと
の比較を行なう比較器１６５、等から構成されている。

尚、上記比較器１６３および１６５の出力側は、各々接
続端子Ｔ６およびＴ７を介して電子制御ｖＬ置３０のパ
ルス入力回路１１８に接続されている。

次に、本実施例の圧電素子駆動装置の作用を、第６図に
示すフローチャートおよび第７図、第８図に示すタイミ
ングチャートに従って説明する。

第６図に示すフローチャートは、電子制御装置３０によ
り種々行なわれる処理の内、圧電素子７２の駆動制御に
関する処理のみを表わしたものである。

電子制御装置３０は、図示しないイグニッションスイッ
チがオンされると動作を開始し、まず、ステップ２００
では所謂初期化の処理を行なう。

ここでは、ＣＰＵｌｌ０の内部レジスタのクリアフラグ
等の初期設定を行なう。

続くステップ２１０では、外部入出力回路１１６を介し
て、各センサよりディーゼルエンジン１の回転速度、ア
クセル間度、冷却水温、過給圧及びレール圧等の運転状
態を読み込む処理が行なわれる。続くステップ２２０で
は、上記読み込んだ回転速度、アクセル開度、及びレー
ル圧を用いて、アクセル開度を基本とした燃料噴射率Ｑ
ｔ　・燃料噴射量τをマツプ等より算出する処理が行な
われる。

続いて、算出された燃料噴射率Ｑｔ　・燃料噴ＩｉＪ但
τに基づいてカウンタ１５２．カウンタ１５３に出力さ
れる分周信号ＰＶ２．ＰＶ３を各々セットする処理が行
なわれる（ステップ２３０）。この分周信号ＰＶ２．Ｐ
Ｖ３は各々分周比を指示する信号である。本実施例では
、カウンタ１５２゜１５３から各々出力されるパルス信
号ＰＶ４．Ｐ■５は、上記分周信号ＰＶ２．ＰＶ３によ
り各々パルス発振器１５１から出力されるパルス信＠Ｐ
■１を各々２分周した信号とされている［第７図（イ）
タイミングチャート　パルス信号ＰＶＩ。

ＰＶ４、第８図タイミングチャート　パルス信号ＰＶ１
．　　Ｐ　５コ　。

ステップ２４０では、充電終了時の圧電素子７２の端子
電圧Ｖを決める処理が行なわれる。即ち、Ａ／Ｄコンバ
ータ１６４を介して比較器１６５のプラス入力側に入力
される分圧電圧ＶＯと比較される設定電圧Ｓｖが決定さ
れる。

続くステップ２５０では、検出された運転状態（ステッ
プ２１０）に基づいて燃料噴射時期が決定され、このス
テップ２４０において決定された燃料噴射時期に従い圧
電素子７２の充電開始時期。

放電開始時期をタイマ１１５にセットする処理を行なう
（ステップ２６０）。この結果、タイマ１１５は自走を
開始し、充電開始時期および放電開始時期になると割込
信号をＣＰＵ１１０に出力する。

上記タイマ１１５の出力する割込信号や接続端子Ｔ６．
Ｔ７を介して入力される信号等に従いＣＰＵ１１０は圧
電素子を駆動制御する（ステップ２７０）。このステッ
プ２７０において行なわれる圧電素子駆動の処理を、（
ｉ）充電時、（ｉｉ）放電時、の場合に分けて説明する
。

（ｉ）　　充電時 上述したステップ２６０においてタイマ１１５にセット
された充電開始時期になると、ＣＰ　ｔＪ　１１０は接
続端子Ｔ１を介してハイレベルの同期信号ＰＶ６を論理
積回路１５４の入力の一方に出力する［第７図（イ）タ
イミングチャー１ヘ　　同期信号ＰＶ６］。この論理積
回路の入力の他方には、上述したパルス信号ＰＶ４がカ
ウンタ１５２から出力されている。これにより、論理積
回路１５４は、同期信号ＰＶ６がハイレベルの時にパル
ス信号ＰＶ４を出力する［第７図（イ）タイミングチャ
ート　パルス信号Ｐ８］。ｌ・リガ回路１５６は、論理
積回路１５４から出力されるパルス信号ＰＶ８を受けて
充電回路１３０のトランジスタ１３２をオン・オフ駆動
する。この結果、圧電素子７２には、パルス信号ＰＶ８
がハイレベルのとき突入電流ＰＶ１０が流れる［第７図
（イ）タイミングチャート　突入電流Ｐ１０］。この突
入電流ＰＶ１０により圧電素子７２の端子電圧Ｖは階段
状に増加、即ち突入電流ＰＶ１０が流れ込む毎に充電ａ
は増加しその端子電圧Ｖは突入電流Ｐｖ１０を積分した
形で増加する。突入電流ＰＶ１０が流れ込む毎に階段状
に増加する端子電圧Ｖの分圧電圧Ｖｏが設定電圧Ｓｖ以
上になると、比較器１６５から出力される充電停止信号
ＳＰ１はハイレベルとなる［第７図（イ）タイミングチ
ャート充電停止信号ＳＰＩ　］。ＣＰＵ１１０は、この
ハイレベルの充電停止信号ＳＰＩを受けて、上記同期信
号ＰＶ６をロウレベルとする［第７図（イ）タイミング
チャート　同期信号ＰＶ６］。この結果、圧電素子７２
の充電は停止され、その端子電圧Ｖは一定値（１００Ｘ
分圧電圧Ｖｏ）とされる［第７図（イ）タイミングチャ
ート　端子電圧Ｖ］。

（ｉｉ）　　放電時 タイマ１１５にセットされた放電開始時期になると、Ｃ
ＰＬＪ　１１０は接続端子Ｔ３を介してハイレベルの同
期信号ＰＶ７を論理積回路１５５の入力の一方に出力す
る［第８図タイミングチャート同期信号ＰＶ７］。この
論理積１回路１５５の入力の他方には、上述したパルス
信号ＰＶ５がカウンタ１５３から出力されている。これ
により、論理積回路１５５は、同期信号ＰＶ７がハイレ
ベルのときにパルス信号ＰＶ５を出力づる［第８図タイ
ミングチャート　パルス信号ＰＶ９］。トリガ回路１５
７は、論理積回路１５５から出力されるパルス信号ＰＶ
９を受けて放電回路１４０の１〜ランジスタ１４１をオ
ン・オフ駆動する。この結果、圧電素子７２には、充電
時とは逆の方向の突入電流ＰＶ１１が流れる［第８図タ
イミングチャート　突入電流ＰＶ１１］。この突入電流
ＰＶ１１により圧電素子７２の端子電圧Ｖは階段状に減
少、即ち突入電流Ｐ１１が流れる毎に圧電素子゛７２の
充電岳は減少しく放電状態）その端子電圧■は突入電流
Ｐ１１を積分した形で減少する。

突入電流ＰＶ１１が流れる毎に階段状に減少する端子電
圧Ｖの分圧電圧ｖＯがグランドレベルになると、比較器
１６３から出力される放電停止信号ＳＰ２はハイレベル
となる［第８図タイミングチャート　放電停止信号ＳＰ
２］。０−ｐｕ１’＋ｏは、このハイレベルの放電停止
信号ＳＰ２を受けて、上記同期信号ＰＶ７をロウレベル
とする［第８図タイミングチャート　同期信号ＰＶ７］
。この結果、圧電素子７２の放電は停止され、その端子
電圧Ｖはグラ、ンドレベルとされる［第８図タイミング
チャート　端子電圧Ｖコ。

上述した（ｉ）充電時、（ｉｉ）放電時、で説明した如
く、圧電素子７２の端子電圧Ｖ、換言すれば圧電素子７
２の伸縮量はカウンタ１５２，１５３から各々出力され
るパルス信号ＰＶ４．ＰＶ５のパルス数に従って漸増又
は漸減する。ここで、第９図に示すグラフは、単位時間
におけるパルス数Ｎｌ）を変化させた場合の圧電素子７
２の充電時間ｔと充電量Ｑとの関係を示している。この
グラフからも分かるように、パルス数を変化させること
により充電率（充電１／充電時間ｔ）を任意に変えるこ
とができる。尚、第７図（ロ）に示すタイミングチャー
トは、充電時においてパルス発Ｓ器１５１から出力され
るパルス信号ＰＶ１を３分周したときの各部の出力信号
を示すタイミングチャートである。このタイミングチャ
ートに示されるように、圧電素子７２の端子電圧Ｖは、
パルス信＠ＰＶ１を２分周したときに比してゆっくりと
漸増している。

以上、詳細に説明した本実施例の圧電素子駆動装置によ
ると、圧電素子７２の充電率をカウンタ１５２又は１５
３から出力されるパルス数を変えることにより任意に選
択できるという優れた効果を有する。また、充電・放電
の状態を１μｓｅｃ程度の分解能で制御できる。これに
より、充電又は放電中にパルス数を変化させ、圧電素子
７２の変位スピードを制御し圧電素子７２の所謂ジセン
ピングを防止することができるという優れた効果を有す
ると共に、燃料噴射率（即ち、圧電素子７２の伸縮量〉
を格段に緻密かつ精度よく制御することができるという
優れた効果も奏する。この結果、本実施例においては、
ディーゼルエンジン１の運転状態に基づいて好適に燃料
噴射弁８を駆動制御することができ、例えばアイドル時
等の低速負荷時におけるエンジン１の振動および騒音を
防止することができると共に高負荷時等においてはエン
ジン１の燃焼効率を良好なものとし燃費およびドライバ
ビリティを一層向上させることができるといった効果を
有する。

次に本発明の圧電素子駆動装置の第２実施例を第１０図
を用いて説明する。

第２実施例の圧電素子駆動装置は、第２図に示した圧電
素子駆動装置の判定回路’１６０を用いなく、論理積回
路１５４，１５５の代わりに各々カウンタ３００，３０
１を使用し、更にパルス発振器１５１とカウンタ１５２
および１５３との間にパルス幅補正回路３０２を挿入し
たものである。

また、圧電素子駆動装置の電子制御袋・置３３０は、第
１１図に示すように、第５図に示した電子制御装置３０
のパルス入力回路１１８を用いなく、パルス出力回路１
１７は接続端子Ｔ５を介してパルス幅（デユーティ比）
補正回路３０２と接続した構成としたものである。ここ
で、第２実施例の圧電素子駆動装置も第１実施例と同様
第３図に示したディーゼルエンジン１に用いられるもの
とする。

尚、第２実施例の圧電素子駆動装置の各部の名称・機能
は、第１実施例の圧電素子駆動装置に付した同じ符号の
ものと同様とする。

第２実施例の電子制御装置３３０が行なう「圧電素子駆
動処理」を表わしたものが第１２図に示したフローチャ
ートである。ここで、第１２図に示した「圧電素子駆動
処理」と第１実施例としての第５図に示した「圧電素子
駆動処理」と同じ番号の処理は同様の処理を行なうもの
とする。

第２実施例の圧電素子駆動装置は、第１実施例と同様な
作用・効果を有するが、圧電素子７２の充電停止タイミ
ングおよび放電停止タイミングはカウンタ３００および
３０１に各々設定されたカウント数によって定められる
。即ち、第１２図に示した「圧電素子駆動処理」のステ
ップ５００において設定された数だけのパルス信号を入
力すると、カウンタ３００および３０１はトリガ回路１
５６および１５７への各々の出力を停止する。これによ
り、圧電素子駆動装置の構成を簡略化することができる
という効果を有する。また、第２実施例の圧電素子駆動
装置は、パルス幅補正回路３０２を用いてパルス発振器
１５１から出力されるパルス信号Ｐｖ１のパルス幅を変
化させることができ、パルス１発毎の突入電流口を変化
させることができる［第１３図タイミングチャート　パ
ルス信号ＰＶ２０、突入電流ＰＶ２１．ｉ。これは、各
種センサから入力された運転状態に基づいてマツプ等よ
りパルス幅を短くすべきか、あるいは長くすべきか判断
される［第１２図　ステップ５１０］。これにより、燃
料噴射弁として使用された複数の圧電素子の歪み層のバ
ラツキに応じて圧電素子の伸縮ｍを補正することができ
各気筒の燃料噴射量を均一にすることができるといった
優れた効果を有する。

１里ｑ四呈 本発明の圧電素子駆動装置によると、圧電素子の単位時
間当りの充電量（充電率）をパルス発生回路より出力さ
れるパルス数の頻度および／またはパルス幅を変えるこ
とにより任意に変更することができるという優れた効果
を有する。これにより、本発明の圧電素子駆動装置を内
燃機関の燃料噴射弁駆動装置に用いた場合には単位時間
当りの燃料噴射口（燃料噴射率）を内燃機関の運転状態
に応じて制御することができるといった優れた効果を奏
する。また、充電率を任意に応答性良く変更することが
でき、燃料噴射率を緻密かつ精度よく制御することがで
きるという効果も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の圧電素子駆動装置の基本構成を例示す
るブロック図、第２図は本発明一実施例の圧電素子駆動
装置の構成を示す回路図、第３図はその圧電素子駆動装
置を採用して構成した４気筒デイーゼルエンジンの概略
構成図、第４図（イ〉はその燃料噴射弁の構造を示す断
面図、第４図（ロ）はその燃料噴射弁の油圧ピストン部
の構造を示す拡大断面図、第５図はその電子制御装置３
０の構成を示すブロック図、第６図は電子制御装置３０
が行なう「圧電素子駆動処理」を示すフローチャート、
第７図は充電時の各部の出力信号を示すタイミングチャ
ート、第８図は放電時の各部の出力信号を示すタイミン
グチャート、第９図は単位時間当りのパルス数の変化に
より充電率の変化の様子を例示するグラフ、第１０図は
第２実施例の圧電素子駆動装置の構成を示す回路図、第
１１図はその電子制御装置３３０の構成を示すブロック
図、第１２図は電子制御装置３３０が行なう「圧電素子
駆動処理」を示すフローチャート、第１３図はパルス信
号ＰＶＩのパルス幅を変化させることにより突入電流Ｐ
Ｖ２１の電流量が変化することを示すタイミングチャー
ト、第１４図は本発明の従来例を示す電気回路図、第１
５図は従来例の充電時間と充電量との関係を示すグラフ
、である。 １・・・ディーゼルエンジン ８・・・燃料噴射弁 ３０．３３０・・・電子制御装置 ７２・・・圧電素子 １３０・・・充電回路 １４０・・・放電回路 １５０・・・パルス出力回路 １６０・・・判定回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 機器のアクチユエータとして用いられる圧電素子と、 該圧電素子の充電をスイッチング素子を用いて行なう充
   電回路と、 上記圧電素子の放電をスイッチング素子を用いて行なう
   放電回路と、 を備えて圧電素子を駆動制御する圧電素子駆動装置にお
   いて、 上記機器の運転状態に応じた頻度および／または幅のパ
   ルスを出力するパルス発生回路と、該パルス発生回路の
   出力するパルスにより上記充電回路のスイッチング素子
   および／または上記放電回路のスイッチング素子を駆動
   するスイッチング素子駆動回路と、 を備えたことを特徴とする圧電素子駆動装置。