JPS6397854A - Piezo-actuator drive circuit - Google Patents
Piezo-actuator drive circuitInfo
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Landscapes
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明はピエゾアクチュエータ駆動回路に関し５詳しく
はピエゾアクチュエータの放電の際に放出される電気エ
ネルギを電源に返還することができるピエゾアクチュエ
ータ駆動回路に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a piezo actuator drive circuit, and more particularly to a piezo actuator drive circuit that can return electrical energy released during discharge of a piezo actuator to a power source. .
し従来の技術］
最近のセラミックス技術の進歩は著しく、物を動かすア
クチュエータの分野にもセラミックス強誘電体のピエゾ
電歪効果を応用したピエゾアクチュエータが進出しつつ
あり、その俊敏な応答性を利用してディーゼルエンジン
の噴射率制御を行う特開昭５９−１８２４９号公報にあ
るような装置も発明されている。[Conventional technology] Recent advances in ceramics technology have been remarkable, and piezo actuators that apply the piezo electrostrictive effect of ceramic ferroelectric materials are making inroads into the field of actuators that move objects. A device as disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 18249/1983 has also been invented for controlling the injection rate of a diesel engine.
この様なピエゾアクチュエータを駆動するための駆動回
路として、バッテリから駆動に必要な高電圧を作るＤＣ
−ＤＣコンバータとトランジスタ等のスイッチ素子を組
み合わせたものが従来の回路技術から容易に考えられる
。As a drive circuit for driving such a piezo actuator, a DC is used to generate the high voltage necessary for driving from a battery.
- A combination of a DC converter and a switching element such as a transistor can be easily considered based on conventional circuit technology.
しかし、このような方式では、ピエゾアクチュエータに
高電圧をかけたときに駆動回路からピエゾアクチュエー
タに移された電気エネルギを、ピエゾアクチュエータの
放電の際に、駆動回路内部の抵抗器等が消費してしまう
という問題がある。However, with this method, the electrical energy transferred from the drive circuit to the piezo actuator when a high voltage is applied to the piezo actuator is consumed by the resistor inside the drive circuit when the piezo actuator discharges. There is a problem with putting it away.
この問題は特にピエゾアクチュエータの駆動周波数が大
きいときにＷ４著となる。This problem becomes especially serious when the drive frequency of the piezo actuator is high.
［発明が解決しようとする問題点］
本発明はピエゾアクチュエータ駆動回路における前記の
ごとき問題点を解決すべ〈発明されたものであって、ピ
エゾアクチュエータの放電の際の電気エネルギを回収し
電力消費の少ないピエゾアクチュエータ駆動回路を提供
することを目的とする。[Problems to be Solved by the Invention] The present invention aims to solve the above-mentioned problems in piezo actuator drive circuits. The purpose of the present invention is to provide a piezo actuator drive circuit with a small number of piezo actuator drive circuits.
［問題点を解決するための手段］
本発明のピエゾアクチュエータ駆動回路は、ピエゾ電歪
効果を応用したピエゾアクチュエータを駆動するピエゾ
アクチュエータ駆動回路において、
前記ピエゾアクチュエータを所定の充電タイミングで充
電するピエゾ充電手段と、充電された前記ピエゾアクチ
ュエータを所定のタイミングで放電するピエゾ放電手段
とを具備し、
前記ピエゾ充電手段は、充電インダクタおよびその充電
インダクタの充電経路に取り付けられた充電用スイッチ
ング手段を備え、
前記ピエゾ放電手段は、前記ピエゾアクチュエータの放
電経路に取り付けられた第１のインダクタと、該第１の
インダクタと直列に取り付けられた放電用スイッチング
手段と、前記第１のインダクタに対して相互インダクタ
ンスを持つように磁気的に結合され前記第１のインダク
タにより誘起されたエネルギを電源に回収する第２のイ
ンダクタとを備えた
ことを要旨とする。[Means for Solving the Problems] A piezo actuator drive circuit of the present invention is a piezo actuator drive circuit that drives a piezo actuator that applies a piezo electrostrictive effect, and includes a piezo charger that charges the piezo actuator at a predetermined charging timing. and a piezo discharge means for discharging the charged piezo actuator at a predetermined timing, the piezo charge means comprising a charging inductor and a charging switching means attached to a charging path of the charging inductor, The piezo discharge means includes a first inductor attached to a discharge path of the piezo actuator, a discharge switching means attached in series with the first inductor, and a mutual inductance with respect to the first inductor. and a second inductor that is magnetically coupled so as to have a power and recovers the energy induced by the first inductor to a power source.
［作用コ
本発明のピエゾアクチュエータ駆動回路では、充電イン
ダクタと充電用スイッチング手段によりピエゾアクチュ
エータが所望のタイミングで所望の電圧まで充電される
０次いで放電経路に取り付けられた放電用スイッチング
手段が所定のタイミングで作動されると、ピエゾ放電手
段の第１のインダクタに族７ｒＬ電流が流れる。然るに
、第２のインダクタは第１のインダクタと磁気的に結合
されており相互インダクタンスを持つので、第２インダ
クタに起電力が生じ、ピエゾアクチュエータの放電の際
の電気エネルギが電源に回収される。[Operation] In the piezo actuator drive circuit of the present invention, the piezo actuator is charged to a desired voltage at a desired timing by the charging inductor and the charging switching means.Then, the discharging switching means attached to the discharging path charges the piezo actuator to a desired voltage at a predetermined timing. When activated, a group 7rL current flows in the first inductor of the piezo discharge means. However, since the second inductor is magnetically coupled to the first inductor and has mutual inductance, an electromotive force is generated in the second inductor, and the electrical energy generated when the piezo actuator is discharged is recovered by the power source.
エネルギの回収率はピエゾアクチュエータが外界に対し
てどの程度の機械的仕事をしているかによるので一概に
は言えないが、後述の実施例ではピエゾアクチュエータ
はむしろ外界から仕事をされているので、エネルギ回収
率を１００％以上とすることも可能である。The energy recovery rate depends on how much mechanical work the piezo actuator does with respect to the outside world, so it cannot be said with certainty, but in the example described later, the piezo actuator is rather subjected to work from the outside world, so the energy recovery rate is It is also possible to increase the recovery rate to 100% or more.
［実施例］
以下、本発明のピエゾアクチュエータ駆動回路を、ピエ
ゾアクチュエータによるディーゼルエンジンのパイロッ
ト噴射装置に適用した場合の実施例を図面と共に詳細に
説明する。[Example] Hereinafter, an example in which the piezo actuator drive circuit of the present invention is applied to a pilot injection device for a diesel engine using a piezo actuator will be described in detail with reference to the drawings.
第１図は本発明の第１の実施例を示す全体構成図である
０図において、１はボッシュ式分配型燃料噴射ポンプで
あり、１１はプランジャで、図示せぬフェースカムによ
り図の左方向に押され、高圧室１２内の燃料を高圧とし
、ノズル２より図示せぬディーゼル機関の燃料室に燃料
を噴射するものである。３は高圧室１２に面して取付け
られたピエゾ電歪効果を応用したピエゾアクチュエータ
である。このピエゾアクチュエータ３は、例えば特開昭
５９−１８２４９号公報にあるような構成のものである
。４は運転状態検出手段であり、ディーゼル機関の回転
数を検出する回転数検出器４１、ディーゼル機関の負荷
を検出する例えばアクセルセンサ等のエンジン負荷検出
器４２、ディーゼル機関の冷却水の温度を検出する冷却
水温検出器４３等から成り、それからの信号をマイクロ
コンビュ−タ５に対して出力している。５はマイクロコ
ンピュータであり、ＣＰＵ５１、メモリ５２、タイマ５
３、Ａ／Ｄ変換器５４等を内蔵している。このマイクロ
コンピュータ５は、後述する充ｆ［圧演算手段や放電時
期演算手段の機能を有しており、また、本実施例ではピ
エゾアクチュエータ３にあらかじめ充電する電荷量は複
数回に分けて充電しており、その充電する回数をも演算
する機能を有している。６はピエゾ充電手段であり、ピ
エゾアクチュエータ３に電荷を充電するための充電イン
ダクタ６１、図示せぬバッテリと充電インダクタ６１と
ピエゾアクチュエータ３のエネルギ授受を行わせるため
の充電用スイッチング手段であるトランジスタ６２と、
ピエゾアクチュエータ３に蓄えられたエネルギが充電イ
ンダクタ６１を介してバッテリに逆戻りしないようにす
るためのダイオード６３よりなる。７はピエゾ放電手段
であり、ピエゾアクチュエータ３に発生した電荷を放電
するための放電用スイッチング手段であるトランジスタ
７１と、電流を制限しトランジスタ７１を保護するため
の第１のインダクタ７２Ａと、第１のインダクタ７２Ａ
に対して相互インダクタンスを持ち、第１のインダクタ
７２Ａに電流が流れたときに、起電力を発生しバッテリ
の電流を流し込む働きを持つ第２のインダクタ７２Ｂと
、バッテリから第２のインダクタ７２Ｂに対して電流が
逆流するのを防止するダイオード７３より成る。FIG. 1 is an overall configuration diagram showing the first embodiment of the present invention. In FIG. The fuel in the high pressure chamber 12 is pushed to a high pressure, and the fuel is injected from the nozzle 2 into the fuel chamber of a diesel engine (not shown). A piezo actuator 3 is mounted facing the high pressure chamber 12 and utilizes a piezo electrostrictive effect. This piezo actuator 3 has a configuration as described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 59-18249. Reference numeral 4 denotes operating state detection means, including a rotation speed detector 41 that detects the rotation speed of the diesel engine, an engine load detector 42 such as an accelerator sensor that detects the load of the diesel engine, and a temperature of the cooling water of the diesel engine. It consists of a cooling water temperature detector 43 and the like, and outputs a signal therefrom to the microcomputer 5. 5 is a microcomputer, which includes a CPU 51, a memory 52, and a timer 5.
3. Built-in A/D converter 54, etc. This microcomputer 5 has the functions of a charging f[pressure calculating means and a discharging time calculating means, which will be described later. In addition, in this embodiment, the amount of electric charge to be charged to the piezo actuator 3 in advance is divided into multiple charges. It also has a function to calculate the number of times it will be charged. 6 is a piezo charging means, which includes a charging inductor 61 for charging the piezo actuator 3, and a transistor 62 as a charging switching means for transferring energy between a battery (not shown) and the charging inductor 61 and the piezo actuator 3. and,
It consists of a diode 63 to prevent the energy stored in the piezo actuator 3 from returning to the battery via the charging inductor 61. 7 is a piezo discharge means, which includes a transistor 71 which is a discharge switching means for discharging the charge generated in the piezo actuator 3, a first inductor 72A for limiting the current and protecting the transistor 71, and a first inductor 72A for limiting the current and protecting the transistor 71. inductor 72A
A second inductor 72B has a mutual inductance with respect to the first inductor 72A, and when current flows through the first inductor 72A, it generates an electromotive force and has a function of flowing the battery current. The diode 73 prevents current from flowing backward.
第２図に充電電圧演算手段を表す模式図を示す。FIG. 2 shows a schematic diagram representing the charging voltage calculation means.
マイクロコンピュータ５にプログラムされた３次元マツ
プ補間演算により、回転数検出器４１、エンジン負荷検
出器４２、冷却水温検出器４３等からの信号に応じて目
標充電電圧１００を演算するものである。この補間演算
の対象となる３次元マツプのデータは、ディーゼル機関
適合の基準によるので一概には言えないが、後述するよ
うにピエゾアクチュエータ３にあらかじめ充電する電圧
と、噴射停止期間とは比例的な関係にあることから、冷
却水温が低いときにはパイロット噴射の着火遅れが大き
いので充電電圧を大きくし、また高回転・高負荷になる
程ディーゼル機関の騒音より馬力が重視されるようにな
るので充ｔｑ圧を小さくするようなマツプデータにする
のが望ましい。A three-dimensional map interpolation calculation programmed into the microcomputer 5 calculates the target charging voltage 100 according to signals from the rotational speed detector 41, engine load detector 42, cooling water temperature detector 43, and the like. The three-dimensional map data that is the subject of this interpolation calculation is based on diesel engine compliance standards, so it cannot be generalized, but as will be explained later, the voltage to pre-charge the piezo actuator 3 and the injection stop period are proportional to each other. Because of the relationship, when the cooling water temperature is low, the ignition delay of the pilot injection is large, so the charging voltage is increased, and the higher the rotation speed and load, the more important the horsepower is than the noise of the diesel engine, so the charging tq. It is desirable to use map data that reduces pressure.
第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はピエゾ充電手段６の動
作を示すタイミングチャートである。まずトランジスタ
６２が“ＯＮ”状態となると充電インダクタ６１に電流
が流れ始め、時間Ｔ ＯＮ ｆＩｉは、Ｉ Ｎ ＝ Ｖ
Ｂ Ｘ Ｔｏｎ／ Ｌ ””（１）なる電流ＩＮ
が流れろ、（ここで、ｖ８：バッテリ電圧、Ｌ：インダ
クタ６１のインダクタンス）そしてトランジスタ６２が
’ＯＦＦ”状態となり、充電インダクタ６１に蓄えられ
たエネルギは、ピエゾアクチュエータ３に総“ζ移され
、ピエゾアクチュエータ３は充電される。ここで時間Ｔ
ＯＮは（１）式において電流Ｉｍがトランジスタ６２の
定格電流を越えないような一定値に任意にＩｌｍする。3(a), (b), and (c) are timing charts showing the operation of the piezo charging means 6. FIG. First, when the transistor 62 becomes "ON", a current begins to flow through the charging inductor 61, and the time T ON fIi becomes I N = V
B X Ton/L ”” (1) current IN
flows (here, v8: battery voltage, L: inductance of the inductor 61), and the transistor 62 becomes OFF, and the energy stored in the charging inductor 61 is transferred to the piezo actuator 3, and the piezo Actuator 3 is charged. Here time T
ON is arbitrarily set to a constant value Ilm such that the current Im does not exceed the rated current of the transistor 62 in equation (1).
その後時間Ｔ ＯＦ Ｐだけ経過した後、再びトランジ
スタ６２を’ＯＮ”状態とし同様にピエゾアクチュエー
タ３の充電をＮ回繰り返す、ここで時間ＴＯＰＦはイン
ダクタ６１のエネルギがすべてピエゾアクチュエータ３
に移されるに要する時間以上であればよい、このときピ
エゾアクチュエータ３の両端１圧Ｖｐは、
ｖｐ＝Ｆ■マＴフ−］×Ｉｍ・・・・・・（２）ＣＰ：
ピエゾアクチュエータの等価容■となる。After a time T OF P has elapsed, the transistor 62 is turned on again and the piezo actuator 3 is similarly charged N times.
In this case, the pressure Vp at both ends of the piezo actuator 3 is vp=F■MaTfu-]×Im...(2) CP:
The equivalent volume of the piezo actuator is ■.
充電回数Ｎは、両端電圧ＶＰと第２図を用いて説明した
目標充電電圧１００とが一致または接近するように決め
るべきであり、例えば、第４図に示すように目標充電電
圧１００による１次元マツプ補間を行うようにマイクロ
コンピュータ５をプログラムしておけばよい、ここで１
次元マツプのデータは実験的に求めるか、または（２）
式をマツプ化すればよい、なお、第４図では補間結果を
切り上げて充電回数を整数値にしているが四捨五入等の
他の案も考えられる。The number of times N of charging should be determined so that the voltage VP at both ends matches or approaches the target charging voltage 100 explained using FIG. 2. For example, as shown in FIG. The microcomputer 5 can be programmed to perform map interpolation.
Dimensional map data can be obtained experimentally, or (2)
It is sufficient to map the equation. In addition, in FIG. 4, the interpolation result is rounded up to make the number of charging times an integer value, but other ideas such as rounding can also be considered.
第５図は放電時期演算手段を表す模式図であり、回転数
検出器４１からの信号に応じて１次元マツプ補間演算を
行うことにより放電時期を得ている。FIG. 5 is a schematic diagram showing the discharge timing calculation means, in which the discharge timing is obtained by performing one-dimensional map interpolation calculation according to the signal from the rotation speed detector 41.
後述するように放電時期を進角側に持っていく程パイロ
ット噴射量が減少する。マツプ補間に用いるマツプデー
タは、ディーゼル期間適合基準によるので一概には言え
ないが、高回転になる程騒音より馬力の方が重視されろ
ようになるためパイロット噴射量を減少させるべく放電
時期を進角側にもっていくことが望ましい、なお、言う
までもないがエンジン負荷検出器４３等からの信号に応
じて放電時期に補正を加えてもよい。As will be described later, the pilot injection amount decreases as the discharge timing is advanced. The map data used for map interpolation is based on the diesel period compliance standards, so it cannot be generalized, but the higher the rotation, the more important horsepower is than noise, so the discharge timing is advanced to reduce the pilot injection amount. Needless to say, the discharge timing may be corrected in accordance with a signal from the engine load detector 43 or the like.
次ぎに、本実施例の燃料噴射率制御装置の全体の動作を
第６図に示すタイミングチャートにより説明する。第６
図（ａ）はプランジャ１１のリフト状態を示している。Next, the overall operation of the fuel injection rate control device of this embodiment will be explained with reference to the timing chart shown in FIG. 6th
Figure (a) shows the lifted state of the plunger 11.
まずプランジャ１１が下降しＡ点に達し燃料噴射とは無
関係な領域番ごなったとさピエゾ充電手段６のトランジ
スタ６２がＯＮ”状態、”ＯＦＦ”状態を繰り返しく同
図（ｂ））、ピエゾアクチュエータ３を徐々に充電する
（充電電圧：Ｖｐ）、同図では充電回数は４回となって
いるが、この回数は充ｍ電圧演算手段により求められた
目標充電電圧１００から第４図を用いて説明した手段に
よりあらかじめ決められているものである。First, when the plunger 11 descends and reaches point A, the region number unrelated to fuel injection is changed.The transistor 62 of the piezo charging means 6 repeats the "ON" state and "OFF" state. 3 is gradually charged (charging voltage: Vp). In the figure, the number of charging times is 4, but this number is determined by using the target charging voltage 100 obtained by the charging voltage calculating means using FIG. 4. It is predetermined by the means described.
その後１ランジヤが再びリフトし始めると、同図（ｇ）
にあるようにプランジャリフト量に応じて高圧室１２の
圧力も上昇していく、同時に同図（ｄ）にあるようにピ
エゾアクチュエータ３の両端電圧は自ら発生した電荷に
よりさらに上昇する。そして高圧室１２の圧力がノズル
開弁圧以上となったとき同図（ｈ）にあるように噴射が
開始される。その後、あらかじめ放電時期演算手段によ
り求められている放電時期に達した時（Ｂ点）、同図（
ｃ）のようにピエゾ放電手段のトランジスタ７１がＯＮ
”状態となり、ピエゾアクチュエータ３に発生した電荷
は放電される。このときピエゾアクチュエータ３は下降
電圧ＶＰ′に相当する量だけ縮み。After that, when the 1st gear starts to lift again, the same figure (g)
As shown in (d) of the figure, the pressure in the high pressure chamber 12 increases in accordance with the plunger lift amount, and at the same time, as shown in (d) of the same figure, the voltage across the piezo actuator 3 further increases due to the electric charge generated by itself. Then, when the pressure in the high pressure chamber 12 becomes equal to or higher than the nozzle opening pressure, injection is started as shown in FIG. Thereafter, when the discharge time determined in advance by the discharge time calculation means is reached (point B), the same figure (
As shown in c), the transistor 71 of the piezo discharge means is turned on.
"state, and the electric charge generated in the piezo actuator 3 is discharged. At this time, the piezo actuator 3 contracts by an amount corresponding to the falling voltage VP'.
高圧室１２の圧力が下降し噴射が一旦停止し同図（ｈ）
にあるようにパイロット噴射が形成される。The pressure in the high pressure chamber 12 drops and the injection temporarily stops, as shown in the same figure (h).
A pilot injection is formed as shown in .
ここで、この原理から放電時期Ｂを早めるとパイロット
噴射量が減少することがわかる。Here, based on this principle, it can be seen that if the discharge timing B is advanced, the pilot injection amount decreases.
この放電は、第１図にあるように第１のインダクタ７２
Ａを介して行なわれるので、第１のインダクタ７２Ａに
は第６図（ｅ）にあるような？［７ｉｆＥが流れる。こ
こで、第１のインダクタ７２Ａと第２のインダクタ７２
Ｂとは相互インダクタンスを持つため、第２のインダク
タ７２Ｂに起電力を生じ、同図（ｆ）にあるように電流
Ｉ３が流れ、バッテリにエネルギが戻される。すなわち
、Ｂ点でトランジスタ７１が“ＯＮ”となると、ピエゾ
アクチュエータ３→第１のインダクタ７２Ａ→トランジ
スタ７１の経路で電流が流れ、ピエゾアクチュエータ３
は放電される。そしてピエゾアクチュエータ３の電圧が
０■となる頃を見計らってトランジスタ７１をＯＦＦ”
とすると、第１のインダクタ７２人を流れる電流が瞬時
にＯＡとなるため、だい１のインダクタ７２Ａと相互イ
ンダクタンスを持つように磁気的に結合された第２のイ
ンダクタ７２Ｂに電流が流れ、ダイオード７３を介して
バッテリにエネルギが返される。ここで第１のインダク
タ７２Ａのインダクタンスは、トランジスタ７１の最大
電流とピエゾアクチュエータ３の望ましい収縮速度から
決定され、また第２のインダクタ７２Ｂのインダクタン
スは、ダイオード７３の最大電流およびバッテリへのエ
ネルギ返還効率等がら決定される。さらに第１のインダ
クタ７２Ａと第２のインダクタ７２Ｂとの磁気的結合は
、その相互インダクタンスが最大となるような密結合が
望ましい。This discharge is caused by the first inductor 72 as shown in FIG.
A, so the first inductor 72A has a voltage as shown in FIG. 6(e). [7ifE plays. Here, the first inductor 72A and the second inductor 72
Since there is a mutual inductance with B, an electromotive force is generated in the second inductor 72B, and a current I3 flows as shown in FIG. 7(f), and energy is returned to the battery. That is, when the transistor 71 turns "ON" at point B, a current flows through the path from the piezo actuator 3 to the first inductor 72A to the transistor 71, and the piezo actuator 3
is discharged. Then, turn off the transistor 71 when the voltage of the piezo actuator 3 becomes 0.
Then, the current flowing through the first inductor 72 instantly becomes OA, so the current flows through the second inductor 72B, which is magnetically coupled to the first inductor 72A so as to have mutual inductance, and the diode 73 Energy is returned to the battery via the Here, the inductance of the first inductor 72A is determined from the maximum current of the transistor 71 and the desired contraction speed of the piezo actuator 3, and the inductance of the second inductor 72B is determined from the maximum current of the diode 73 and the efficiency of energy return to the battery. etc. will be determined. Further, the magnetic coupling between the first inductor 72A and the second inductor 72B is preferably close coupling such that their mutual inductance is maximized.
その後さらにプランジャ１１がリフトしていくと再び高
圧室１２の圧力が上昇し、噴射（主噴射）が開始される
。ここで、ピエゾアクチュエータ３の放電時の電圧変化
ｊ１（Ｖｐ’）が大きいほどピエゾアクチュエータ３が
大きく縮むので高圧室１２の圧力下降幅が大きくなり、
２度目の噴射が起こるのが遅れ、噴射停止期間が長くな
ることがわがる。そのｆｅｌｌ示しないガバナ手段によ
り燃料の噴射が停止され主噴射が形成されて燃料噴射の
１サイクルを終える。After that, when the plunger 11 is further lifted, the pressure in the high pressure chamber 12 increases again, and injection (main injection) is started. Here, the larger the voltage change j1 (Vp') during discharge of the piezo actuator 3, the more the piezo actuator 3 contracts, and therefore the pressure drop width of the high pressure chamber 12 becomes larger.
It can be seen that the second injection is delayed and the injection stop period becomes longer. The fuel injection is stopped by the non-fall governor means, a main injection is formed, and one cycle of fuel injection is completed.
次ぎに第２の実施例として、第１図中の充電インダクタ
６１と第２のインダクタ７２Ｂを兼用するようにして、
回路のコンパクト化、ロウコスト化を図った場合の全体
構成図を第７図に示す、第７図は、ピエゾ充電手段６と
ピエゾ放電手段７を、回路８で置き換えた他は第１図に
示した第１の実施例と同じであるので、回路８以外の説
明は省略する。 回路８は、ピエゾアクチュエータ３に
発生した電荷を放電するためのトランジスタ８１と、電
流を制限しトランジスタ８１を保護するためのインダク
タ８２Ａと、インダクタ８２Ａに対して相互インダクタ
ンスを持ち、インダクタ８２Ａに電流が流れたときに起
電力を発生しバッテリに電流を流し込む働きとピエゾア
クチュエータ３に電荷を充電する働きを兼ね備えたイン
ダクタ８２Ｂと、バッテリからピエゾアクチュエータ３
ヘエネルギを送る働きを持つトランジスタ８３と、ピエ
ゾアクチュエータ３の持つエネルギをバッテリに返す際
にトランジスタ８３をバイパスさせて電流を流すダイオ
ード８４と、ピエゾアクチュエータ３からバッテリに電
流が逆流するのを防止するダイオード８５と、インダク
タ８２Ａに電流Ｉ＾と逆向きの電流が流れるのを防止す
るダイオード８６から成る。Next, as a second embodiment, the charging inductor 61 and the second inductor 72B in FIG.
FIG. 7 shows an overall configuration diagram in the case of making the circuit more compact and lowering costs. FIG. 7 is the same as that shown in FIG. Since this is the same as the first embodiment, explanations of circuits other than the circuit 8 will be omitted. The circuit 8 has a transistor 81 for discharging the charge generated in the piezo actuator 3, an inductor 82A for limiting the current and protecting the transistor 81, and a mutual inductance for the inductor 82A, so that the current flows through the inductor 82A. The inductor 82B has the function of generating an electromotive force when flowing and flowing current into the battery, and the function of charging the piezo actuator 3, and the piezo actuator 3 from the battery.
A transistor 83 that functions to send energy to the battery, a diode 84 that bypasses the transistor 83 and allows current to flow when the energy of the piezo actuator 3 is returned to the battery, and a diode that prevents current from flowing backward from the piezo actuator 3 to the battery. 85, and a diode 86 that prevents a current in the opposite direction to the current I^ from flowing through the inductor 82A.
本実施例の全体の動作を第８図のタイミングチャートに
より説明する。The overall operation of this embodiment will be explained with reference to the timing chart of FIG.
まずプランジャが下降しＡ点に達し燃料噴射とは無関係
な領域になったときトランジスタ８３がＯＮ”状ｆｉ、
′ｏＦ Ｆ”ｌｌを繰り返ｔ（同［ｇ（ｂ））。First, when the plunger descends and reaches point A, reaching a region unrelated to fuel injection, the transistor 83 is turned on.
Repeat 'oF F''ll (same [g(b)).
このとき相互インダクタンスによりインダクタ８２Ａに
起電力が生じるが、ダイオード８６があるため電流は流
れず、インダクタ８２Ｂは自己インダクタンスのみによ
り動作し、第１の実施例における充電インダクタ６１と
同じ働きをする。このためピエゾアクチュエータ３は徐
々に充電される（充電電圧ｖｐ）、その後プランジャが
再びリフトし始めると５同図（ｇ）にあるようにプラン
ジャリフト量に応じて高圧室１２の圧力も上昇していく
。At this time, an electromotive force is generated in the inductor 82A due to the mutual inductance, but no current flows due to the presence of the diode 86, and the inductor 82B operates only by its self-inductance, and has the same function as the charging inductor 61 in the first embodiment. Therefore, the piezo actuator 3 is gradually charged (charging voltage vp), and then when the plunger starts to lift again, the pressure in the high pressure chamber 12 increases according to the amount of plunger lift, as shown in (g) of the same figure. go.
同時に同図（ｄ）にあるようにピエゾアクチュエータ３
の両端電圧は自ら発生した電荷によりさらに上昇する。At the same time, as shown in the same figure (d), the piezo actuator 3
The voltage across the terminal increases further due to the electric charge generated by itself.
そして高圧室１２の圧力がノズル開弁圧以上となったと
き同図（ｈ）にあるように噴射が開始される。その後、
あらかじめ放電時期演算手段により求められている放電
時期に達したとき（Ｂ点）、同図（ａ）のようにトラン
ジスタ８１がＯＮ”状態となり、電流ＩＡが流れ、ピエ
ゾアクチュエータ３に発生した電荷は放電される。この
とき相互インダクタンスによりインダクタ８２Ｂに起電
力が生じるため、バッテリ一端子→ダイオード８４→イ
ンダクタ８２Ｂ→バッテリ＋端子の経路で電流が流れ、
バッテリは充電される。なお、ピエゾアクチュエータ３
の放電によりパイロット噴射が形成される様子、ピエゾ
充電電圧と噴射停止期間との関係、ピエゾ放電時期とパ
イロット噴射皿の関係等は第１の実施例と同じである。Then, when the pressure in the high pressure chamber 12 becomes equal to or higher than the nozzle opening pressure, injection is started as shown in FIG. after that,
When the discharge time determined in advance by the discharge time calculation means has been reached (point B), the transistor 81 turns ON as shown in FIG. The battery is discharged.At this time, an electromotive force is generated in the inductor 82B due to mutual inductance, so a current flows through the path of battery 1 terminal → diode 84 → inductor 82B → battery + terminal.
The battery is charged. In addition, piezo actuator 3
The manner in which the pilot injection is formed by discharging, the relationship between the piezo charging voltage and the injection stop period, the relationship between the piezo discharge timing and the pilot injection plate, etc. are the same as in the first embodiment.
このように第２の実施例によれば、第１の実施例におけ
る充電インダクタ６１と第１および第２のインダクタ７
２Ａ、７２Ｂを一体化しインダクタ８２Ａ、８２Ｂとす
ることができるので、より一層の回路構成の簡素化が可
能である。As described above, according to the second embodiment, the charging inductor 61 and the first and second inductors 7 in the first embodiment are
Since the inductors 2A and 72B can be integrated to form the inductors 82A and 82B, the circuit configuration can be further simplified.
なお、ここで示した２つの実施例では、ピエゾアクチュ
エータ３は、むしろポンプの高圧室内の油圧によって仕
事を受けているといえるので、ピエゾ充電手段により充
電した電圧ＶＰより、ピエゾ放電時のピエゾ両端電圧Ｖ
ｐ’の方が大きくなっている。このためピエゾ充電手段
が消費するエネルギよりも、ピエゾ放電手段が回収する
エネルギの方を大きくすることも可能である。In the two embodiments shown here, it can be said that the piezo actuator 3 receives work from the hydraulic pressure in the high pressure chamber of the pump, so the voltage VP charged by the piezo charging means is higher than the voltage VP at both ends of the piezo when discharging the piezo. Voltage V
p' is larger. Therefore, it is possible to make the energy recovered by the piezo discharge means larger than the energy consumed by the piezo charge means.
［発明の効果］
本発明のピエゾアクチュエータ駆動回路は、所定のタイ
ミングでピエゾアクチュエータを充電するピエゾ充電手
段によりピエゾアクチュエータを充電すると共に、充電
されたピエゾアクチュエータを所定のタイミングで放電
するに際して、放電経路に取り付けられた第１のインダ
クタと相互インダクタンスを持つ第２のインダクタに起
電力を生じさせ、この第２のインダクタから電源に放電
の際の電気エネルギを回収するものであって、ピエゾア
クチュエータを伸張させるためにピエゾ充電手段が消費
したエネルギを２ピ工ゾ放電手段により回収することが
できるため、電力効率の良いピエゾアクチュエータの駆
動が可能であるという効果がある。また、ピエゾアクチ
ュエータに何等かの外力が加わる場合は、ピエゾ充電手
段によって消費されるエネルギよりもピエゾ放電手段に
よって回収されるエネルギの方が大きくなることも可能
であり、この場合には５本発明のピエゾ駆動回路は、小
規模なオルタネータとしての働きも兼ねることができる
。[Effects of the Invention] The piezo actuator drive circuit of the present invention charges the piezo actuator using a piezo charging means that charges the piezo actuator at a predetermined timing, and when discharging the charged piezo actuator at a predetermined timing, a discharge path is set. The device generates an electromotive force in a second inductor that has a mutual inductance with a first inductor attached to the piezoelectric actuator, and recovers the electrical energy when discharging from the second inductor to a power source, and extends the piezo actuator. Since the energy consumed by the piezoelectric charging means to generate the piezoelectric actuator can be recovered by the two-pizoelectric discharge means, it is possible to drive the piezoelectric actuator with high power efficiency. Furthermore, when some external force is applied to the piezo actuator, it is possible that the energy recovered by the piezo discharge means is greater than the energy consumed by the piezo charge means, and in this case, the fifth aspect of the present invention The piezo drive circuit can also act as a small-scale alternator.
第１図は本発明をディーゼルエンジンのパイロット噴射
装置に適用した第１の実施例の全体構成図、第２図は第
１図の実施例のマイクロコンピュータの充電電圧演算手
段を表す模式図、第３［ｇ（ａ）、（ｂ）、（ｅ）はピ
エゾ充電手段の動作を示すタイミングチャート、第４０
はマイクロコンピュータにプログラムされる充電回数と
目標充電電圧との関係を表す模式図、第５図は放電時期
演算手段を表す模式図、第６図は第１実施例の燃料噴射
率制御装置の全体の動作を示すタイミングチャート、第
７図は本発明をディーゼルエンジンのパイロット噴射装
置に適用した第２の実施例の全体構成図、第８図は第２
実施例の燃料噴射率制御装置の全体の動作を示すタイミ
ングチャート
ド・・噴射ポンプ、３・・・ピエゾアクチュエータ、４
・・・運転状態検出手段、５・・・マイクロコンピュー
タ、６・・・ピエゾ充電手段、６１・・・充電用インダ
クタ、６２・・・トランジスタ、７・・・ピエゾ放電手
段、７１・・・トランジスタ、７２Ａ・・・第１のイン
ダクタ、７２Ｂ・・・第２のインダクタ、８・・・ピエ
ゾ充電放電兼用回路、FIG. 1 is an overall configuration diagram of a first embodiment in which the present invention is applied to a pilot injection device for a diesel engine. FIG. 2 is a schematic diagram showing charging voltage calculation means of a microcomputer in the embodiment of FIG. 3 [g(a), (b), and (e) are timing charts showing the operation of the piezo charging means, No. 40
is a schematic diagram showing the relationship between the number of charging times programmed into the microcomputer and the target charging voltage, FIG. 5 is a schematic diagram showing the discharge timing calculation means, and FIG. 6 is the entire fuel injection rate control device of the first embodiment. FIG. 7 is an overall configuration diagram of a second embodiment in which the present invention is applied to a pilot injection device of a diesel engine, and FIG. 8 is a timing chart showing the operation of the second embodiment.
Timing chart showing the overall operation of the fuel injection rate control device of the embodiment... Injection pump, 3... Piezo actuator, 4
... Operating state detection means, 5... Microcomputer, 6... Piezo charging means, 61... Charging inductor, 62... Transistor, 7... Piezo discharge means, 71... Transistor , 72A... first inductor, 72B... second inductor, 8... piezo charging/discharging circuit,
Claims (2)
を駆動するピエゾアクチュエータ駆動回路において、 前記ピエゾアクチュエータを所定の充電タイミングで充
電するピエゾ充電手段と、充電された前記ピエゾアクチ
ュエータを所定のタイミングで放電するピエゾ放電手段
とを具備し、 前記ピエゾ充電手段は、充電インダクタおよびその充電
インダクタの充電経路に取り付けられた充電用スイッチ
ング手段を備え、 前記ピエゾ放電手段は、前記ピエゾアクチュエータの放
電経路に取り付けられた第１のインダクタと、該第１の
インダクタと直列に取り付けられた放電用スイッチング
手段と、前記第１のインダクタに対して相互インダクタ
ンスを持つように磁気的に結合され前記第１のインダク
タにより誘起されたエネルギを電源に回収する第２のイ
ンダクタとを備えた ことを特徴とするピエゾアクチュエータ駆動回路。(1) A piezo actuator drive circuit that drives a piezo actuator applying a piezo electrostrictive effect, comprising a piezo charging means for charging the piezo actuator at a predetermined charging timing, and discharging the charged piezo actuator at a predetermined timing. piezoelectric discharging means; the piezoelectric charging means includes a charging inductor and a charging switching means attached to a charging path of the charging inductor; the piezoelectric discharging means is attached to a discharging path of the piezo actuator. a first inductor; a discharging switching means attached in series with the first inductor; A piezo actuator drive circuit comprising: a second inductor that recovers energy to a power source.
るようにした特許請求の範囲第１項に記載のピエゾアク
チュエータ駆動回路。(2) The piezo actuator drive circuit according to claim 1, wherein the second inductor also serves as a charging inductor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61242278A JPS6397854A (en) | 1986-10-13 | 1986-10-13 | Piezo-actuator drive circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61242278A JPS6397854A (en) | 1986-10-13 | 1986-10-13 | Piezo-actuator drive circuit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6397854A true JPS6397854A (en) | 1988-04-28 |
Family
ID=17086882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61242278A Pending JPS6397854A (en) | 1986-10-13 | 1986-10-13 | Piezo-actuator drive circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6397854A (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1986
- 1986-10-13 JP JP61242278A patent/JPS6397854A/en active Pending
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