KR20010095229A - 압전 소자의 충전 및 방전을 위한 시간 및 순간 제어식작동 장치 - Google Patents

압전 소자의 충전 및 방전을 위한 시간 및 순간 제어식작동 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20010095229A
KR20010095229A KR1020010017329A KR20010017329A KR20010095229A KR 20010095229 A KR20010095229 A KR 20010095229A KR 1020010017329 A KR1020010017329 A KR 1020010017329A KR 20010017329 A KR20010017329 A KR 20010017329A KR 20010095229 A KR20010095229 A KR 20010095229A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
current
charging
piezoelectric element
switch
discharging
Prior art date
Application number
KR1020010017329A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100806451B1 (ko
Inventor
뤼거요하네스-외르크
호크알렉산더
Original Assignee
클라우스 포스, 게오르그 뮐러
로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 클라우스 포스, 게오르그 뮐러, 로베르트 보쉬 게엠베하 filed Critical 클라우스 포스, 게오르그 뮐러
Publication of KR20010095229A publication Critical patent/KR20010095229A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100806451B1 publication Critical patent/KR100806451B1/ko

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D41/2096—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods
    • H02N2/065—Large signal circuits, e.g. final stages
    • H02N2/067—Large signal circuits, e.g. final stages generating drive pulses

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

본 발명은 연료 분사 시스템 등의 장치의 압전 소자를 충전 및 방전하기 위한 장치 및 방법을 기재한 것이다. 상기 장치 및 방법은 장치의 전류가 낮은 유효 절대 평균 전류를 달성하기 위해 시간 특성 및 순간 특성의 작용으로서 조정되는 것에 특징이 있다.

Description

압전 소자의 충전 및 방전을 위한 시간 및 순간 제어식 작동 장치{Time- and Event-controlled Activation System for Charging and Discharging Piezoelectric Elements}
본 발명은 청구범위 제1항의 전제부 또는 청구범위 제2항의 전제부에서 한정된 장치와 청구범위 제12항, 제13항 및 제17항의 전제부에서 한정된 방법과, 청구범위 제18항의 전제부에서 한정되는 바와 같이 사용하기 위한 구성에 관한 것으로서, 예를 들면, 압전 소자의 충전 및 방전을 위해 사용하기 위한 장치 및 방법와 구성에 관한 것으로서, 충전 및 방전의 양자는 충전 및 방전 전류를 위한 인덕턴스로서 사실상 작용하는 요소를 통해 적어도 부분적으로 달성된다.
보다 상세하게 고려되는 본 압전 소자들은 특히 그러나 유일하게 한정되지는 않게 엑츄에이터로서 사용되는 압전 소자이다. 압전 소자는 공지된 바와 같이 이들이 그것에 인가된 전압의 작용으로서 수축 또는 팽창하는 성질을 갖기 때문에 그러한 목적을 위해 사용될 수 있다.
압전 소자를 사용하는 엑츄에이터의 실제적 실행은 본 엑츄에이터가 신속 및/또는 빈번한 운동을 하여야할 경우 이점이 있다.
엑츄에이터로서의 압전 소자의 사용은 특히 내연 기관용 연료 분사 노즐에서 이점이 있는 것으로 입증된다. 연료 분사 노즐에서의 압전 소자의 유용성과 관련하여서는 본 명세서에서 참고로 반영된 참증 EP 0 371 469 B1과 EP 0 379 182 B1을 참조한다.
도15는 엑츄에이터로서 압전 소자(2010)를 사용하는 연료 분사 시스템의 개략적인 대표도이다. 도15를 참조하면, 압전 소자(2010)는 주어진 작동 전압에 응답하여 팽창 및 수축하기 위해 전기적으로 전류가 통한다. 압전 소자(2010)는 피스톤(2015)와 연결된다. 팽창 상태에서, 압전 소자(2010)는 피스톤(2015)이 예를 들어 연료 등의 유압 유체를 포함하는 유압 어댑터(2020)로 내밀어지게 한다. 압전 소자의 팽창의 결과, 2중 작동 제어 밸브(2025)는 유압 어댑터(2020)로부터 유압적으로 밀려나게 되고, 밸브 플러그(2035)는 제1 폐쇄 위치(2040)로부터 이격 연장된다. 2중 작동 제어 밸브(2025)와 중공 보어(2050)의 결합은 압전 소자(2010)에 전류가 통하지 않을 때 2중 작동 제어 밸브(2025)가 제1 폐쇄 위치(2040)에서 정지한다는 이유로 2중 작동, 2중 시트 밸브로서 종종 불리워진다. 한편, 압전 소자(2010)가 완전히 연장될 때에는 제2 폐쇄 위치(2030)에서 정지한다. 밸브 플러그(2035)의 나중의 위치는 도15에서 가상선으로 개략적으로 표시되어 있다.
연료 분사 시스템은 가압 연료 공급 라인(2060)으로부터 실린더(도시안됨)로 연료가 분사될 수 있게 하는 분사 니들을 포함한다. 압전 소자(2010)가 여기되지않을 때 또는 압전 소자가 완전히 연장될 때, 이중 반응 제어 밸브(2025)는 제1 폐쇄 위치(2040) 또는 제2 폐쇄 위치(2030)에서 각각 배치된다. 각 경우에, 유압 레일 압력은 폐쇄 위치에서 분사 니들(2070)을 유지시킨다. 따라서, 연료 혼합물은 실린더 내로 들어 온다. 역으로, 압전 소자(2010)는 이중 작동 제어 밸브(2025)가 중공형 보어(2050)에 대해 소위 중간 위치에 있도록 여기되고, 이 때 가압 연료 공급 라인(2060)에서 압력 강하가 발생된다. 이러한 압력 강하는 분사 니들(2070)이 실린더(도시안됨) 내로 연료 분사를 허용하기 위해 들려져 있도록 분사 니들(2070)의 상부 및 하부 사이에서 가압 연료 공급 라인(2060)의 압력차에 기인한다.
독일 특허 출원 제DE 197 42 073 A1 및 제DE 197 29 844 A1호는 이하에 설명되고 본 명세서에서 전반적으로 참조되며 연료 분사 시스템에서 분사 니들을 제어하기 위한 이중 작용, 이중 시트 밸브를 구비한 압전 소자를 개시한다.
압전 소자는 상기에서 부분적으로 설명된 바와 같이 특정 전하 상태 및 내부에 발생되고 인가된 전압에 따라 수축 및 팽창되는 커패시턴스 부하물이다.
압전 소자를 충전 및 방전하는 2가지 기본 원리가 알려져 있다; 즉, 오옴 저항을 통해 충전 및 방전하는 것과 코일을 통해 충전 및 방전하는 것이 알려져 있다. 그러한 경우에, 오옴 저항 및 코일은 여러가지 목적들 중에서 충전 중에 발생하는 전하 전류 및 방전 중에 발생하는 방전 전류를 제한하는 기능을 한다.
제1 변수, 즉 오옴 저항을 통한 충전 및 방전은 도9에 도시되어 있다.
충전 및 방전되는 도9에 도면 부호 101로 도시된 압전 소자는 충전 트랜지스터(102) 및 방전 트랜지스터(103)에 접속된다.
충전 트랜지스터(102)는 충전 증폭기(104)에 의해 기동되고, 전도성 상태에서 압전 소자(101)를 포지티브 공급 전압에 접속시키고, 방전 트랜지스터(103)는 방전 증폭기(105)에 의해 기동되며 전도성 상태에서 압전 소자(101)를 접지부에 접속시킨다.
충전 트렌지스터(102)가 전도성 상태에 놓여져 있을 때, 충전 전류는 이를 통해 유동하며 압전 소자(101)을 충전시킨다. 압전 소자(101)의 충전이 증가됨에 따라, 그 내부에서 발생되는 전압은 상응하여, 그 외부 용적 또한 변경된다. 충전 트렌지스터(102)의 억제 즉, 충전 작업의 중단 및 종결은 압전 소자(101) 내에 충전이 저장되어 내부에 전압이 발생하도록 한다. 따라서, 압전 소자(101)의 기존 외부 용적은 실질적으로 변경되지 않는 형태로 유지된다.
방전 트렌지스터(103)가 전도성 상태에 놓여져 있을 때, 방전 전류는 유동하여 압전 소자(101)을 방전시킨다. 압전 소자(101)가 점차적으로 방전됨에 따라, 내부에서 발생되는 전압은 감소되어, 그 외부 용적도 변경된다. 방전 트렌지스터(103)의 억제 즉, 충전 작업의 중단 및 종결은 압전 소자(101) 내에 충전이 저장되어 내부에 전압이 발생하도록 한다. 따라서, 압전 소자(101)의 기존 외부 용적이 유지된다.
충전 트렌지스터(102) 및 방전 트렌지스터(103)는 제어가능한 오옴 저항에서와 같이, 충전 전류 및 방전 전류의 관점에서 작동된다. 충전 전류 및 방전 전류의 최종적인 제어가능성은 필요에 따라 정확하게 발생되는 충전 작업 및 방전 작업이 가능하게 한다. 그러나, 충전 트렌지스터(102)를 통해 유동하는 충전 전류 및방전 트렌지스터(103)를 통해 유동하는 방전 전류는 내부에 전력 손실을 발생시킨다. 각각의 충전/방전 사이클에 대해 트렌지스터 내의 에너지 손실은 압전 소자(101) 내에 저장된 에너지의 적어도 2배이다. 고 에너지 손실은 충전 트렌지스터(102) 및 방전 트렌지스터(103)의 가열을 초래한다.
다수의 다른 이유들 중에 주로 상기 이유에 대해, 압전 소자를 충전하거나 방전하기 위한 즉, 코일을 통한 충전 및 방전하기 위해, 전술한 제2 변형예가 이용된다. 이러한 제2 실시예의 시행은 도10에 도시되어 있다.
도10에 참조 부호 201로 분류되어진 충전되거나 방전된 압전 소자는 충전 스위치(202)에 의해 폐쇄될 수 있는 충전 전류 회로, 방전 스위치(206)에 의해 폐쇄될 수 있는 방전 전류 회로의 소자이며, 충전 전류 회로는 충전 스위치(202), 다이오드(203), 충전 코일(204), 압전 소자(201), 및 전압 공급원(205)으로 제조된 일련의 회로를 포함한다. 방전 전류 회로는 방전 스위치(206), 다이오드(207), 방전 코일(208), 및 압전 소자(201)로 제조된 일련의 회로를 포함한다.
충전 전류 회로의 다이오드(203)는 압전 소자를 방전시킬 수 있는 임의의 전류가 충전 전류 회로 내에서 유동되지 못하도록 한다.
방전 전류 회로의 다이오드(207)는 압전 소자를 방전시킬 수 있는 임의의 전류가 방전 전류 회로 내에서 유동되지 못하도록 한다.
(일반적으로 개방된) 충전 스위치(202)가 폐쇄될 때, 충전 전류 회로 내의 충전 전류가 유동하고, 압전 소자(201)가 충전되도록 하고, 압전 소자 내에 저장된 전하, 그에서 발생된 전압과 그와 같이 또한 존재하는 압전 소자(201)의 외부 용적들은 충전 스위치가 다시 개방될 때, 대체로 비 충전 방식으로 보유된다.
(일반적으로 개방된) 방전 스위치(206)가 폐쇄될 때, 방전 회로 내의 방전 전류가 유동하고, 압전 소자(201)가 방전되도록 하고, 압전 소자(201)의 충전 상태에서, 압전 소자(201) 내에서 발생되는 전압과 압전 소자(201)의 외부 용적들은 방전 스위치(206)가 다시 개방될 때, 대체로 비 충전 방식으로 보유된다.
충전 코일(204)과 방전 코일(206)은 대체로 충전 전류와 방전 전류를 위한 인덕턴스로써 작용하는 소자를 대표하고, 충전 코일(204) 및 압전 소자(201), 각각 충전 및 방전 동안 각각의 압전 소자(201)는 방전 코일(206) 및 압전 소자(201)의 LC 계열 발진기 회로로 구성된다.
EP 0 371 469 B1 및 EP 0 379 18-2 B1을 참조하면, 압전 소자들의 충전 및 방전용으로 쓰이는 이러한 회로에 대한 전술한 논의가 언급된다.
기구 및 방법은 전술한 문서에서 공지되었고, 기구는 제1항 또는 제2항의 전문에서, 그리고 방법은 제9항 또는 제10항 또는 14항의 전문에서 전술한 기본 이론에 기초하여 한정된다.
도10에 도시된 바와 같이, 이러한 회로 충전 전류 회로 또는 방전 전류 회로 모두 오옴 저항을 포함하지 않고, 압전 소자의 충전 및 방전에 의해, 즉 오옴 저항을 통과하는 충전 전류 및 방전 전류의 유동에 의해, 발생된 열 에너지는 대단히 작다.
특히 충전 코일(204) 및 방전 코일(208)의 작지 않은 크기 때문에 상기 회로의 실제적인 충족을 위한 각각의 큰 공간이 요구된다.
압전 소자 또는 압전 작동기가 활성일 때의 기본적인 임무는 예정된 시간 내에 작동기를 충전하고 방전하는 것이다.
활성화 시스템의 경우에서 기술된, 예컨대 두 개의 결정점 내에서 한정된 전류 대역 내에서 전류를 조절함에 의해 수행될 수 있다. 방정식을 만족하는 평균 전류 유동으로써 전류 대역이 선택되어 진다.
Iaverage= (CpX Up) / TA
Cp는 압전 정전 용량이고, Up는 압전 소자가 충전 및 방전되는 동안 또는 압전시에 예상되는 전압과 초기값의 차이이고, TA는 압전 또는 압전 소자 내의 시간이거나 압전 소자가 충전되거나 방전되는 시간이다.
최신 적용예는 액츄에이터가 작아질수록 피에조 또는 압전 소자 용량이 작아진다. 그러나 충전 또는 방전하는 것에 동일한 시간이 요구된다. 이러한 요구 조건은, 예를 들어 대략 3A 이하의 낮은 평균 전류를 유발하려 한다.
그러나, 현 작동 시스템으로는, 평균 전류의 감소에 대한 제한이 있다. 실제 코일 적용예 및 피에조 또는 압전 소자 용량에 대한 전류 증감은 인덕턴스 및 피에조 또는 압전 소자의 용량에 따라 10A/㎲까지 매우 높다.
작용 논리 및 전류 제어에 사용되는 스위치는 절환 시간이 대략 1㎲이기 때문에, 이는 기준 전류가 10A까지 초과되는 것을 의미한다. 따라서, 평균 전류는 약 5A로만 제한될 수 있다. 전류를 제한하기 위해서는 큰 인덕턴스가 유용할 수 있지만, 이는 크기를 증가시키므로 실용적이지 않다.
본 발명의 목적은 압전 소자 또는 피에조 엑츄에이터의 충전 및 방전 중에 임의대로 낮은 평균 전류를 달성하는 방식으로 청구항 제1항 또는 제2항의 요지에 한정된 바와 같은 장치, 청구항 제12항 또는 청구항 제13항 또는 제17항의 요지에 한정된 바와 같은 방법 및 청구항 제18항의 요지에 한정된 바와 같이 사용하기 위한 적용예를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 충전 및 방전이 압전 소자의 충전 및 방전 중에 임의로 낮은 평균 전류를 달성하면서 압전 소자의 충전 및 방전이 효율적으로 이루어질 수 있는 방식으로 청구항 제12항 또는 제13항 또는 청구항 제17항의 요지에서 한정된 방법, 청구항 제1항 또는 제2항의 요지에 한정된 바와 같은 장치 및 청구항 제18항의 요지에 한정된 바와 같이 사용하기 위한 적용예를 제공하는 것이다.
본 발명은 압전 소자 또는 압전 소자 또는 피에조 액츄에이터의 충전 및 방전 중에 임의대로 낮은 평균 전류를 달성하기 위한 것이다. 본 발명에 있어서, 작동 시스템은 전류가 임의의 전류 대역 내에 조절되지 않지만 필요시에 압전 소자의 충전 및 방전 중에 낮은 평균 전류를 허용하는 갭이 또한 존재할 수 있도록 변경될 수 있다.
인덕턴스로서 작용하는 동일한 요소를 적어도 부분적으로 통과하는 충전 전류 및 방전 전류와, 충전 전류 및 방전 전류 모두가 통과할 수 있는 방식으로 배열되는 인덕턴스로서 작용하는 적어도 하나의 소자가 제공된다.
충전 또는 방전 전류를 위한 실질적인 인덕턴스로서 작용하는 소자, 예컨대코일 또는 코일로서 작용하는 소자를 통한 압전 소자의 적어도 부분적인 충전 및 방전은 충전 전류 경로와 방전 전류 경로를 실질적으로 전기 부하와 무관하게 유지시키고, 그 결과, 한편으로는 (전력 손실이 낮고 방전 중에 압전 소자로부터 배출되는 에너지가 전압 공급원으로 복귀되거나 캐퍼시터에 임시로 저장될 수 있기 때문에) 매우 작은 에너지가 소비되고, 다른 한편으로는 충전 및 방전 중에 발생되는 회로의 열 발생이 매우 낮게 유지될 수 있다. 결과적으로, (전력 공급원을 포함하는) 개개의 구성 요소는 비교적 낮은 전력 수준으로 설계될 수 있고, 냉각을 위해 필요한 이전의 기준이 전체적으로 생략되거나 어떠한 경우에도 매우 제한된 범위일 수 있다.
충전 전류와 방전 전류가 인덕턴스로서 작용하는 동일한 소자를 통과하기 때문에, 즉 충전 전류와 방전 전류가, 예컨대 동일한 코일 또는 코일로서 작용하는 소자를 통과하기 때문에, 구성 요소의 개수를 더욱 최소화하고 인덕턴스로서 작용하는 소자의 개수를 더욱 정확해질 수 있으며, 이러한 소자의 크기가 작지 않기 때문에 배열체의 크기 문제에 대해 매우 효과적인 영향을 미친다.
따라서, 제한된 공간과 소정의 시간에서도 압전 소자의 충전 및 방전을 효과적으로 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 종래의 장치의 경우에서보다 제조에 있어서 용이하며 저렴하다.
본 발명의 유리한 개선점은 종속항의 요지이다.
본 발명은 도면을 참조하는 예시적인 실시예와 관련하여 이하에 상세히 설명될 것이다.
도1은 본 발명에 따른 방법을 사용하는 압전 소자의 충전 및 방전에 적합한, 본 발명에 따른 회로를 도시하는 도면.
도2는 도1에 따른 회로 내에서 [충전 스위치(3)가 폐쇄된] 제1 충전 단계 중에 발생하는 상태를 설명하는 도면.
도3은 도1에 따른 회로 내에서 [충전 스위치(3)가 다시 개방된] 제1 충전 단계 중에 발생하는 상태를 설명하는 도면.
도4는 도1에 따른 회로 내에서 [방전 스위치(5)가 폐쇄된] 제1 방전 단계 중에 발생하는 상태를 설명하는 도면.
도5는 도1에 따른 회로 내에서 [방전 스위치(5)가 다시 개방된] 제1 방전 단계 중에 발생하는 상태를 설명하는 도면.
도6은 도1에 따른 회로의 작동 중에 발생하는 전압 및 전류 값의 시간에 대한 변화를 도시하는 도면.
도7은 본 발명에 다른 방법을 사용하는 다중 압전 소자의 연속적인 충전 및 방전을 위한 본 발명에 따른 회로를 도시하는 도면.
도8은 도7에 따른 회로의 작동 중에 발생하는 전압 및 전류값의 시간에 대한 변화를 도시한 도면.
도9는 충전 전류 및 방전 전류를 위한 오옴 저항으로 작용하는 소자를 통해 압전 소자를 충전 및 방전하기 위한 종래의 회로를 도시한 도면.
도10은 충전 전류 및 방전 전류를 위한 코일로 작용하는 소자를 통해 압전 소자를 충전 및 방전하기 위한 종래의 회로를 도시한 도면.
도11은 회로 내에 배치된 피에조 엑츄에이터의 충전 중의 프로파일을 도시한 도면.
도12는 도1에 따른 충전 스위치(3)가 다시 켜질 때 까지 낮은 임계치에 도달한 후, 0 A에서 낮은 전류 임계치 및 일정 시간(t)을 갖는 본 발명의 선택적인 실시예를 도시한 도면.
도13은 충전 스위치가 일정하지 않은 임의의 주파수로 켜지고, 높은 전류 임계치를 갖는 본 발명의 선택적인 실시예를 도시한 도면.
도14는 전류 임계치를 읽는 것과 충전 스위치를 다시 켜는 것 사이에 소정의 시간 지연을 갖는 본 발명의 선택적인 실시예를 도시한 도면.
도15는 엑츄에이터로서 압전 소자를 사용하는 연료 주입 시스템의 개략도. <도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 압전 소자
2 : 코일
3 : 충전 스위치
5 : 방전 스위치
6 : 다이오드
7 : 배터리
9 : 캐퍼시터
205 : 전압 공급원
2050 : 중공형 보어
2070 : 분사 니들
이하에 상세히 기술된 압전 소자의 충전 및 방전 작업은 예를 들면, 내연기관의 연료 분사 노즐(특히, 소위 통상의 레일 인젝터에서)에서의 엑츄에이터로서 사용 가능하다. 그러나, 압전 소자의 이러한 사용에서 절대적인 제한은 없다. 압전 소자는 근본적으로 어떠한 목적의 어떠한 장치에서도 사용 가능하다.
압전 소자는 충전에 반응하여 팽창하고 방전에 반응하여 수축된다고 생각된다. 그러나, 물론 본 발명은 정확하게는 반대의 경우에도 적용 가능하다.
도1은 압전 소자를 충전 및 방전하기 위한 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 회로의 실시예를 도시한다. 압전 소자는 본 예에서 충전된다. 압전 소자(1)의 단자의 하나는 영구히 접지에 연결, 즉 전압 공급원의 제1극에 연결된다. 압전 소자의 다른 단자는 코일(2)과 충전 스위치(3) 및 다이오드(4)로 구성되는 평행 회로를 통해 전압 공급원의 제2극에 연결되고, 코일(2)과 충전 스위치(5) 및 다이오드(6)로 구성되는 평행 회로를 통해 전압 공급원의 제1극에 연결된다.
전압 공급원은 배터리(7; 예컨대, 자동차 배터리)와, 그곳으로부터의 DC 전압 전환기(8)와, 하류의 버퍼 캐퍼시터로 작용하는 캐퍼시터(9)를 구성한다. 이러한 배치에 의해, 배터리 전압(예컨대, 12V)은 임의의 다른 DC 전압으로 본질적으로 전환되고, 공급 전압으로서 가용하게 된다.
고려되는 예에서, 압전 소자(1)의 충전 및 방전은 싸이클 형식으로 일어난다. 다시 말해, 충전 스위치(3) 및 방전 스위치(5)는 충전 및 방전 작동 중에 반복적으로 개폐된다.
결과적으로 발생된 조건은 이하 도2 내지 도5를 참조하여 설명되는데, 도2 및 도3은 압전 소자(1)의 충전을 도시하고, 도4 내지 도5는 압전 소자의 방전을 도시한다.
압전 소자(1)의 충전 또는 방전이 일어난다면 그리고 일어나는 한, 충전 스위치(3) 및 방전 스위치(5)는 개방된다. 이러한 상태에서는, 도1에서 나타난 회로는 예를 들어, 압전 소자(1)가 실질적으로 변화되지 않는 형식으로 그 충전 상태가 유지되어 전류가 흐르지 않는 정상 상태(steady-state)인 조건에 있다.
압전 소자(1)의 충전이 개시되면서, 충전 스위치(3)는 반복적으로 개폐되고, 방전 스위치(5)는 개방 유지된다.
충전 스위치(3)가 닫힐 때, 도2에 나타난 상태가 일어난다. 즉, 압전 소자(1), 캐퍼시터(9) 및 코일(2)로 제작된 폐쇄 회로가 형성되는데, 전류 iLE(t)가 도2에서 화살표로 지시된 방향으로 흐른다. 이러한 전류의 흐름의 결과는 에너지가 코일(2)에 저장된다는 것이다. 코일(2) 안쪽으로의 에너지 흐름은 캐퍼시터(9) 및 압전 소자(1) 사이의 양 전위차(positive potential difference)에 영향을 받는다.
충전 스위치(3)가 닫힌 다음 잠시 후에(예를 들어, 수 ㎲) 개방되어, 도3에 도시된 상태가 된다. 압전 소자(1), 다이오드(6) 및 코일(2)로 제작된 직렬 회로를 포함하는 폐쇄 회로가 형성되는데, 그 회로에는 전류 iLA(t)가 도3의 화살표로지시된 방향으로 흐른다. 이러한 전류의 흐름의 결과는 코일(2)에 저장된 에너지가 압전 소자(1)로 흐른다는 것이다. 압전 소자로의 에너지 전달에 대응하여, 압전 소자에 전압이 발생하고, 그 외부 용적이 증가한다. 일단 코일(2)로부터 압전 소자(1)로의 에너지 전달이 발생하면, 도1에 도시되고 이미 설명한 바 있는 정상 상태 조건이 다시 한번 이루어 진다.
(충전 작업의 원하는 시간 프로파일에 따라) 그 때, 또는 그 전에, 또는 그 후에, 충전 스위치(3)는 전술한 절차가 반복되도록 다시 폐쇄되고 개방된다. 충전 스위치(3)의 재 폐쇄 및 재개방의 결과로, (압전 소자에 이미 축적된 에너지와 새로 전달된 에너지가 함께 더하여) 압전 소자(1) 내에 저장된 에너지가 증가하고, 압전 소자에 발생한 전압과 그 외부 용적이 그에 따라 증가한다.
만일 상술된 충전 스위치(3)의 개폐는 오랜 시간 반복되고, 압전 소자에서 발생된 전압 및 압전 소자의 신장은 이 단계에서 발생한다.(아래에 설명하는 도6의 설명을 보면 이해할 수 있다.)
일단 충전 스위치(3)가 소정의 반복 시간에서 개폐되고 그리고/또는 압전 소자(1)가 소정의 충전 단계에 도달되었을 때 압전 소자의 충전은 충전 스위치(3)를 개방상태로 남겨둠으로써 종결된다.
이러한 것은 압전 소자(1)가 다시 방전될 때, 충전 스위치(3)가 개방되게 남겨진 동안 방전 스위치(5)를 반복적으로 폐쇄 및 개방함으로서 이루어 진다.
방전 스위치(5)가 폐쇄될 때, 도4에 도시된 상태 즉, 폐쇄 회로는 도4에서의화살표로 표시된 전류 iEE(t)가 형성되는 압전 소자(1) 및 코일(2)로 구성된 직렬 회로를 포함한다. 이러한 전류로 인해 압전 소자에 저장된 에너지(그 부분)는 코일(2)로 전달된다. 압전 소자에서 발생하는 전압 및 그 외부 용적은 압전 소자(1)로부터 코일(2)까지 전달된 에너지에 대응하게 감소한다.
폐쇄된 후, 방전 스위치(5)가 짧게 (예로써, 몇 ㎲) 개방될 때, 도5에 도시된 상황이 발생한다. 즉, 폐쇄 회로는 도5의 화살표로 도시된 전류 iEA(t)가 형성된 압전 소자(1), 캐퍼시터(9), 다이오드(4) 및 코일(2)로 구성된 직렬 회로를 포함한다. 상기 전류에 의해 코일(2) 내에 저장된 에너지는 캐퍼시터(9)로 피드백된다. 일단 에너지가 코일(2)로부터 캐퍼시터(9)로 전달되면, 도1에 도시되고 상기 설명한 것처럼 상기 회로의 안정된 상태를 달성 할 수 있다.
동시에, 또는 이보다 앞서거나 또는 이보다 이후에(방전 작동의 소정의 시간 프로파일에 따라 달라짐), 일단 방전 스위치(5)가 다시 개폐되면, 상기 설명한 과정이 반복된다. 방전 스위치(5)의 재 폐쇄 및 재개방으로 인해, 압전 소자(1)에 저장된 에너지는 감소되고 압전 소자에서 발생하는 전압 및 그 외부 용적 또한 감소된다.
방전 스위치(5)의 상기 설명한 개방 및 폐쇄가 오랜 기간 반복될 때, 압전 소자에 발생한 전압 및 압전 소자의 신장은 (도6에서의 설명으로 알 수 있듯이) 단계적으로 감소된다.
일단 방전 스위치(5)가 소정의 오랜 기간동안 개폐되었을 때, 그리고/또는일단 압전 소자가 소정의 방전 단계에 도달했을 때, 압전 소자의 방전은 방전 스위치(5)를 개방된 상태로 남겨둠으로써 종결된다.
도1에 도시된 회로의 작동 또는 더욱 정확하게는 위에서 설명된 압전 소자(1)의 충전 및 방전은 도6에 도시된 전류 및 전압 프로파일의 결과를 낳는다.
도6에 도시된 곡선은 그들의 측정된 변수를 나타내는 기호로 지시되어 있다. 사용된 기호들은 다음과 같다.
□ : 캐퍼시터(9)에서 발생하는 전압(UB)
◇ : 압전 소자(1)에서 발생하는 전압
V : 코일(2)을 통해 흐르는 전류
도6에 도시된 전류 및 전압 곡선은 (시간 단위 상으로 약 100 ㎲에서 300 ㎲까지 범위 내의) 충전 과정과 (시간 단위 상으로 약 400 ㎲에서 600 ㎲까지 범위 내의) 방전 과정을 도시한다. 도6으로부터 명확한 것처럼, 압전 소자(1)에서 발생하는 전압은 균일하며 잘 제어된 과정을 갖는다.
동시에, 압전 소자의 충전 및 방전이 수행되는 회로, 더욱 정확하게는 도1에 도시된 회로는 매우 간단한 구조이며 최적 효율이다. 세 개의 인자들이 이에 기여한다. 즉,
1) 충전 및 방전이 하나의 동일한 코일 (즉 코일(2))을 통해 수행된다.
2) 오옴 저항에서의 열 발생에 기인한 에너지 손실이 무시할 정도로 작다.
3) 압전 소자 내에 저장된 에너지가 캐퍼시터(9) 내로 본질적으로 완전하게복귀되어 즉각적인 재사용이 가능하다.
제1 인자는 부품들의 개수, 특히 (본래는 비교적 많은) 코일의 개수를 최소화시키는 것을 가능하게 한다. 제2 및 제3 인자들은 비교적 낮은 동력 레벨의 배터리(7)와 DC 변환기(8)를 설계하는 것을 가능하게 한다.
전술한 인자들 모두는 개별적으로 또는 조합되어 압전 소자들을 충전 및 방전시키도록 제공된 회로를 가능한 작은 공간 내에 수용할 수 있는 가능성과 회로의 제조 및 작동을 위한 비용을 최소화시킬 수 있는 가능성을 제공하거나 적어도 그에 기여한다.
압전 소자들을 충전 및 방전시키기 위해 상기에서 주로 설명된 방법과 이 방법을 수행하기에 적합한 회로를 사용함으로써, 단지 하나의 압전 소자가 아니라 다수의 압전 소자들을 연속하여 충전 및 방전시키는 것이 가능하다.
이를 가능하게 하는 회로가 도7에 도시되어 있다.
도7에 도시된 회로는 도1에 도시된 회로를 기초로 한다. 서로 대응하는 소자들은 동일한 도면 부호로 표시되어 있다. 도1에 따른 압전 소자(1)만이 다이오드(10)와 다수(n개)의 압전 소자 분기부(11, 12, … 1n)로 구성된 병렬 회로에 의해 대체되었고, 각각의 압전 소자 분기부는 압전 소자(111, 121, … 1n1)로 구성된 직렬 회로와 선택기 스위치(112, 122, … 1n2) 및 다이오드(113, 123, … 1n3)로 구성된 병렬 회로를 포함한다.
다이오드(10)는 어떤 상황에서는 압전 소자가 손상될 수도 있는 압전 소자에서의 음 전압 발생을 방지한다.
선택 스위치 다이오드 쌍은 개개의 압전 소자 분기와 평행하게 배치되는데, 즉, 압전 소자 분기(11)내의 선택 스위치(112)와 다이오드(113), 압전 소자 분기(12)내의 선택 스위치(122)와 다이오드(123) 및 압전 소자 분기(1n2)내의 선택 스위치(1n2)와 다이오드(1n3)는 예를 들어, MOSFETs 또는 IGBTs 같은 기생 다이오드를 가지는 전자 스위치를 사용하여 실시될 수 있다.
압전 소자(111, 121,… 1n1)의 충전 및 방전은 도1에 따른 압전 소자(1)의 충전 및 방전과 사실상 동일한 방법으로 수행되는데, 즉, 충전시에는 충전 스위치(3)가 반복적으로 개폐되고, 방전시에는 방전 스위치(5)가 반복적으로 개폐된다.
충전 스위치(3)의 반복적인 개폐로 충전되는 압전 소자(111, 121,… 1n1)는 선택 스위치(112, 122,… 1n2)에 의해 정해지는데, 각 경우에, 충전된 압전 소자(111, 121,… 1n1)는 충전 스위치(3)의 반복 개폐시에 폐쇄된 선택 스위치(112, 122,… 1n2)이다.
(연관된 선택 스위치(112, 122,… 1n2)의 폐쇄에 의해) 충전된 압전 소자(111, 121,… 1n1)의 선택 및 (관련 스위치의 개방에 의한) 선택 취소는 통상 충전 작업 외에 수행된다. 특별한 경우, 여러 압전 소자(111, 121,… 1n1)가 동시에 상이한 레벨로 충전된다면, 선택 스위치(112, 122,… 1n2)의 개폐가 충전 작업시에 또한 발생할 수 있다.
선택된 압전 소자(111, 121,… 1n1)의 충전시 발생하는 작용들은 사실상 도1에 도시된 회로의 경우에 발생하는 작용과 일치한다. 도2 및 도3과 거기에 참조된 설명 또한 유효한데, 차이점이라면 압전 소자(1)보다 많은, 하나 이상의 압전 소자(111, 121,… 1n1)가 충전된다는 것이다.
압전 소자의 방전에 영향을 미치는 방전 전류가 각각의 압전 소자와 연결된 다이오드(113, 123,… 1n3)을 통해 흐를 수 있으므로 압전 소자(111, 121,… 1n)의 방전은 연결된 선택 스위치(112, 122,… 1n2)의 상태에 관계없이 발생한다. 따라서 방전 작용은 전체적으로 또는 부분적으로 충전된 압전 소자(111, 121,… 1n1) 전부를 방전되도록 한다.
압전 소자(111, 121, … 1n1)의 방전시 발생하는 작용은 사실상 도1에 도시된 회로의 경우 발생하는 작용과 동일하다. 도4 및 도5와 거기에 참조된 설명 또한 유효한데, 차이점이라면 압전 소자(1)보다 많은, 하나 이상의 압전 소자(111, 121,… 1n1)가 방전된다는 것이다.
도7에 도시된 회로가 압전 소자(111, 121, … 1n1)가 위에서 설명된 바와 같이 개별적으로 그리고 연속적으로 충전되고 방전되는 식으로 작동한다면, 결과 전류 및 전압 프로파일이 도8에 도시되어 있다.
도8에 도시된 곡선은 측정된 변수를 나타내는 기호로 라벨이 붙어있다. 사용된 기호는 다음과 같다.
□ : 캐퍼시터(9)에 발생하는 전압(UB)
◇ : 압전 소자(111)에서 발생하는 전압
∨ : 압전 소자(121)에서 발생하는 전압
○ : 압전 소자(1n1)에서 발생하는 전압
도8에 도시된 전류 및 전압 프로파일은 압전 소자(111)를 위한 (약 0.1ms에서 0.7ms의 시간 스케일의 범위 내) 충전 및 방전 작동을, 압전 소자(121)를 위한 (약 0.8ms에서 1.4ms의 시간 스케일의 범위 내) 충전 및 방전 작동을 그리고, 압전 소자(1n1)를 위한 (약 1.5ms에서 2.1ms의 시간 스케일의 범위 내) 충전 및 방전 작동을 도시한다. 도7에 도시된 회로의 구성, 기능 및 작동의 방식을 볼 때, 이해할 수 있다.
도8로부터 명백한 바와 같이, 압전 소자에서 발생하는 전압이 거의 선형이고 잘 제어된 프로파일을 갖는다.
동시에, 압전 소자의 충전 및 방전에 영향을 끼치는 회로, 더 자세히 도7에 도시된 회로는 극히 간단한 구성과 최적화된 효율을 갖는다. 다시 말해, 도1에 따른 회로의 경우에서처럼 이에 분포된 인자(factor)들은 원칙상 충전 및 방전이 하나의 동일한 코일(즉, 코일(2))를 통해서 이뤄지고, 오옴 저항으로 인한 열 발생에 기인한 에너지 손실은 무시할 만큼 작고 그리고, 압전 소자에 저장된 에너지는 캐퍼시터(9) 내로 실질적으로 완벽하게 공급되어서 즉각적인 재사용이 가능하다는 점이다.
제1 인자는 다시 한번 부품의 수, 특히 (본래부터 상대적으로 많았던) 코일의 수를 최소화시키는 것을 가능하게 한다. 제2 인자는 상대적으로 낮은 전력 수준을 위한 DC 변환기(8)을 구성하는 것을 가능하게 한다.
전술된 인자들 모두는, 개별적으로 또는 조합으로 사용되더라도, 최소의 공간 내에 충전 및 방전 압전 소자를 위한 전술된 회로(도7에 따른 회로)를 공급하고, 이의 제작 및 작동의 비용을 최소화시키는 가능성을 생성하거나 적어도 기여한다.
설명된 각각의 예시적인 실시예에서, 코일은 인덕턴스로서 작용하는 요소로서 사용된다. 그러나, 이것은 어떠한 제한도 설정하지 않는다. 인덕턴스로서 작용하는, 전송기 또는 변압기 등과 같은 다른 요소들은 (회로의 작동과 구조에 대한 대략적인 변형과 함께) 코일 대신에 사용될 수 있다.
주기적 방법으로 충전 또는 방전 운전을 수행하는 것에 대한 제한 역시 없다. 충전 및/또는 방전 또한 선택적으로 또는 부가적으로 다른 방식으로 수행된다.
특히, 설비가 진동자 회로로써 작용하는 하나 이상의 충전 및/또는 방전 전류 회로를 거쳐 충전 및/또는 방전을 전체적으로 또는 부분적으로 수행하기 위해만들어 질 수 있다.
도11은 예를 통해, 압전 소자, 또는 압전 소자 또는 압전 엑츄에이터의 충전 중 본 발명에 의해 제공되는 것 보다 더 높은 평균 전압을 가지는 예시적인 프로파일을 도시한다.
본 발명에서는, 충전 스위치(3)의 재 폐쇄 대신에, 전류가 하부 한계 이하로 떨어진 후 다시 상승하면 본 발명을 따른 작동 장치는, 필요하다면, 전류 발생을 위해 제공된다.
본 발명의 임의의 실시예에 대해, 본 발명은 일정 시간 지연 또는 소정의 시간이 전류치가 (예를 들어, 측정 유닛 등에 의해) 소정의 저 전류치보다 낮은 값을 갖거나 소정의 고 전류치보다 높은 값을 갖는 일정 순간이 발생하였을 때, 일정 시간 지연 또는 소정의 시간이 발생 또는 작동할 때까지, 충전 또는 방전 스위치는 각각 꺼지거나 또는 켜지는 것을 유지하는 것을 지속하도록 만들어진다. 그 후, 충전 또는 방전 스위치(3, 5)는 켜지거나 또는 꺼지게 된다. 더욱 특별하게는, 측정 전류치가 소정의 저 전류치와 같거나 또는 보다 적을 때, 소정의 시간이 시작되어 작동된다. 소정의 시간이 완료되거나 만났을 때, 충전 스위치(3)는 켜지거나 꺼지도록 바뀐다. 상기 본 발명의 실시예는 임의의 바람직한 평균 전류가 시간 간격의 변화에 의해 달성될 수 있음을 제공한다.
3개의 대안이 그들의 분배된 특성이 순수하게 순간 제어식 제어 시스템이라기보다는 ("순간"은 상, 하 전류 임계치에 대한 벗어남) 순간 및 시간식 제어 시스템에 대해 제안되었다.
본 발명의 제1 실시예는 부가적인 파라미터로써, 저 전류 임계치 이하에서 충전 스위치를 다시 켜도록 하는 시간 지연을 제공한다. 특별한 경우에, 이 저 전류 임계치는 도12에 도시된 바와 같이, 0이 될 수 있다. 만약 이 시간 지연이 0으로 맞춰진다면, 이전 상태와 비교되는 충전은 없다. 도12는 약 5㎲의 시간 및 0 A에서의 저 전류 임계치를 갖는다. 임의의 바람직한 평균 전류는 시간 간격의 변화에 의해 달성될 수 있다.
도13에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에서 낮은 전류 임계치는 생략된다. 그 대신에, 실제 주파수를 갖는 방형파 신호가 충전 스위치를 키기 위해 사용된다. 상부 전류 임계치가 초과되기 전에 스위치는 꺼진다. 이는 부품의 손상을 유발시키지 않는 최대 전류를 보장한다.
도14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에서 충전 스위치는 상부 전류 임계치를 벗어남을 따르는 소정 가능한 시간 후의 각각의 경우에 다시 켜진다.
모든 활성 변수들은 활성 시간 및 활성 전류에서의 어떠한 소정의 변수도 허용한다. 모든 활성 변수는 낮은 평균 전류에 할당될 수 있는 전류의 갭을 허용한다.
압전 소자 또는 압전 액츄에이터용 시간 및 순간 제어 작동 장치를 기초로 하는 본 발명은 종래에 제공된 순수 순간 제어 작동 장치와 비교하여 적어도 중립 적용됨을 알 수 있다. 본 실시예에 따르면, 소정 시간 및 순간 특성은, 실제로 활성 IC의 작동 장치가 덜 복잡하게 제공됨으로서 비용에 있어서 장점이 될 수 있다.
그러나, 기본적으로 본 발명은 활성 IC의 가변성을 상당히 증가시키는 자유롭게 선택 가능한 활성 신호의 제공을 가능하게 할 수 있다.
본 발명은 바람직한 기능성을 보장하기 때문에 제품에 관해 명확히 알 수 있게 된다.
청구항 제1항 또는 제2항에 기재된 장치 및 청구항 제11항, 제12항, 제16항 또는 제17항에 기재된 방법에 따르는 본 발명은 다양한 적용 분야에서 사용될 수 있고, 연료 분사 시스템에서만 제한되지 않는다. 실제로, 본 발명의 활성 IC에서 덜 복잡한 작동 장치를 제공함으로서, 본 발명은 종래 방법에 비해 더 효과적이고 더 신뢰성 있고 경제적일 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 장치 및 방법은 특히 압전 소자의 충전 및 방전 중에 임의의 낮은 평균 전류를 달성함으로써 작은 공간임에서 불구하고, 간단하고 정확한 방식으로 압전 소자의 효과적인 충전 및 방전을 가능케 한다.

Claims (18)

  1. 압전 소자(1 및/또는 111, 121, … 1n1)를 충전 또는 방전하기 위한 장치에 있어서, 전류는 낮은 유효 평균 전류를 달성하도록 시간 특성 및 순간 특성의 함수로 조절되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압전 소자는 연료 분사 시스템의 압전 소자이며, 연료 분사 시스템의 전류는 낮은 유효 평균 전류를 달성하도록 시간 특성 및 순간 특성의 함수로서 조절되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전류는 낮은 유효 평균 전류를 달성하도록 시간 특성 및 순간 특성의 함수로서 충전 또는 방전 스위치(3, 5)를 절환함으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 전류는 소정의 낮은 임계치 아래의 레벨이며, 충전 스위치는 전류가 간격을 나타낼 수 있도록 소정 시간 동안 개방 유지되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 충전 스위치(3) 또는 방전 스위치(5)는,전류의 절대치가 소정의 한계 임계 전류인 순간 특성과 각각 같거나 크거나 적을 때 충전 또는 방전을 각각 허용하거나 또는 중단시킬 수 있도록, 오프 위치로부터 온 위치로 또는 온 위치로부터 오프 위치로 절환되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 상기 항 중 어느 항에 있어서, 충전 스위치(3) 또는 방전 스위치(5)는, 전류의 절대치가 소정의 낮은 한계 임계 전류인 순간 특성과 각각 같거나 적은 후 소정 시간의 시간 특성에서 충전 또는 방전을 각각 허용하도록, 오프 위치로부터 온 위치로 절환되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 임의의 주파수의 사각 파형 신호가 충전 또는 방전을 허용할 수 있도록 오프 위치로부터 온 위치로 충전 또는 방전 스위치(3, 5)를 전환시키도록 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 충전 또는 방전 스위치(3, 5)는 전류의 절대치가 소정 한계 임계 전류인 순간 특성과 동일하거나 또는 클 때 온 위치로부터 오프 위치로 절환되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 소정 평균 전류는 시간 특성 및 순간 특성을 변화시킴으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 충전 또는 방전 스위치가 소정의 시간 지연에 따라 온 위치에 있도록 시간 지연이 미리 정해져 있고, 상기 소정의 시간 지연은 전류의 절대치가 미리 정해진 전류 임계치와 같거나 그보다 클 때 개시되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 전류가 전류 대역 내에서 조정되지 않고 갭들을 나타내는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 시스템 내의 압전 소자를 충전시키는 방법에 있어서,
    시스템의 전류가 낮은 유효 평균 전류를 얻도록 시간 특성과 순간 특성의 함수로써 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 연료 분사 시스템의 압전 소자(1 및/또는 111, 121, …1n1)를 충전 또는 방전시키는 방법에 있어서,
    연료 분사 시스템의 전류가 낮은 절대 유효 평균 전류를 얻도록 시간 특성과 순간 특성의 함수로써 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서, 전류의 절대치가 미리 정해진 한계 임계 전류인 순간 특성과 각각 같거나 그보다 크거나 또는 그보다 작을 때 충전 또는 방전을허용하거나 또는 정지시키도록 시스템의 충전 또는 방전 스위치(3, 5)가 오프 위치로부터 온 위치로 절환되거나 온 위치로부터 오프 위치로 절환되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제11항, 제12항 또는 제13항에 있어서, 전류의 절대치가 미리 정해진 하한 임계 전류인 순간 특성과 같거나 또는 그보다 작아진 후에 시간 특성의 미리 정해진 시간에 충전 또는 방전을 허용하도록 시스템의 충전 또는 방전 스위치(3, 5)가 오프 위치로부터 온 위치로 절환되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제11항 또는 제12항에 있어서, 충전 또는 방전을 허용하도록 충전 또는 방전 스위치(3, 5)를 오프 위치로부터 온 위치로 절환시키는 데 일정한 주파수를 갖는 정방파 신호가 사용되고, 전류의 절대치가 미리 정해진 상한 임계 전류인 순간 특성과 같거나 그보다 클 때 충전 또는 방전 스위치(3, 5)가 온 위치로부터 오프 위치로 절환되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 연료 분사 시스템의 압전 소자(1 및/또는 111, 121, …1n1)를 충전 또는 방전시키는 방법에 있어서,
    충전 또는 방전에 앞서서 압전 소자(1 및/또는 111, 121, …1n1)를 충전 또는 방전시키기 위한 전류의 절대치에 대하여 연료 분사 시스템의 시간 특성의 함수로써 정의가 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 상기 항 중 어느 한 항에 따른 연료 분사 시스템으로서 이중 작동 제어 밸브를 사용하는 연료 분사 시스템에 사용하기에 특히 적합한 용도.
KR1020010017329A 2000-04-01 2001-04-02 압전 소자의 충전 및 방전을 위한 시간 및 순간 제어식작동 장치 KR100806451B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP00106962.4 2000-04-01
EP00106962A EP1138903B1 (en) 2000-04-01 2000-04-01 Time- and event-controlled activation system for charging and discharging piezoelectric elements

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070115018A Division KR20070115833A (ko) 2000-04-01 2007-11-12 압전 소자의 충전 및 방전을 위한 시간 및 순간 제어식작동 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20010095229A true KR20010095229A (ko) 2001-11-03
KR100806451B1 KR100806451B1 (ko) 2008-02-21

Family

ID=8168312

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020010017329A KR100806451B1 (ko) 2000-04-01 2001-04-02 압전 소자의 충전 및 방전을 위한 시간 및 순간 제어식작동 장치
KR1020070115018A KR20070115833A (ko) 2000-04-01 2007-11-12 압전 소자의 충전 및 방전을 위한 시간 및 순간 제어식작동 장치

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070115018A KR20070115833A (ko) 2000-04-01 2007-11-12 압전 소자의 충전 및 방전을 위한 시간 및 순간 제어식작동 장치

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7019436B2 (ko)
EP (1) EP1138903B1 (ko)
JP (1) JP5199523B2 (ko)
KR (2) KR100806451B1 (ko)
DE (1) DE60011038T2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190026932A (ko) * 2016-07-22 2019-03-13 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하 자동차의 분사 밸브의 압전 액추에이터를 제어하기 위한 방법 및 디바이스

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6995496B1 (en) * 1999-06-01 2006-02-07 Continuum Photonics, Inc. Electrical power extraction from mechanical disturbances
DE10113802B4 (de) 2001-03-21 2007-10-18 Siemens Ag Vorrichtung zum Ansteuern eines piezoelektrischen Stellgliedes
DE10155390A1 (de) * 2001-11-10 2003-05-22 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zum Laden und Entladen eines piezoelektrischen Elementes
DE10223553B4 (de) 2002-05-27 2004-08-05 Siemens Ag Verfahren zur Ansteuerung eines Aktors und zugehörige Steuereinrichtung
FR2841403B1 (fr) * 2002-06-21 2004-10-15 Renault Sa Procede de pilotage electronique d'un dispositif de commande d'un actuateur piezo-electrique ultrasonore
FR2844554B1 (fr) * 2002-09-13 2006-05-05 Renault Sa Dispositif et procede de commande d'injecteur piezo-electrique
DE10248214A1 (de) * 2002-10-16 2004-05-13 Siemens Ag Schaltung mit mindestens einem Piezoaktor
JP4037868B2 (ja) * 2002-10-16 2008-01-23 ワックデータサービス株式会社 圧電アクチュエータの駆動装置
JP4256810B2 (ja) * 2003-05-28 2009-04-22 オーディオ・ラボ有限会社 逆起電力防止ユニット
DE102004003838B4 (de) * 2004-01-26 2007-12-13 Siemens Ag Schaltungsanordnung zum Aufladen und Entladen von mehreren kapazitiven Stellgliedern
FI117412B (fi) * 2004-06-11 2006-09-29 Nokia Corp Ohjauspiiri pietsosähköiselle moottorille
US8240396B2 (en) * 2004-07-02 2012-08-14 Sauer Gmbh Tool with an oscillating head
DE102004040073B4 (de) * 2004-08-18 2008-04-30 Siemens Ag Verfahren und Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Piezoaktors
DE102004047961A1 (de) * 2004-10-01 2006-05-18 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zum Ansteuern eines Piezoaktors
JP4615967B2 (ja) * 2004-11-17 2011-01-19 株式会社日本自動車部品総合研究所 ピエゾインジェクタの駆動装置
DE102005026217B4 (de) 2005-06-07 2010-07-08 Continental Automotive Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern einer kapazitiven Last
JP4348710B2 (ja) * 2005-06-10 2009-10-21 株式会社デンソー ピエゾインジェクタの駆動装置
DE102005042108A1 (de) * 2005-09-05 2007-03-15 Siemens Ag Schaltung und Verfahren zum analogen Ansteuern einer kapazitiven Last, insbesondere eines piezoelektrischen Aktors
EP1927741A1 (en) 2006-11-23 2008-06-04 Delphi Technologies, Inc. A method of operating a piezoelectric device
DE102007014330A1 (de) * 2007-03-26 2008-10-02 Robert Bosch Gmbh Ansteuerschaltung und Ansteuerverfahren für ein piezoelektrisches Element
EP2128415A1 (en) * 2008-05-27 2009-12-02 Delphi Technologies, Inc. Improvements relating to fuel injector control
US8698373B2 (en) * 2010-08-18 2014-04-15 Apollo Endosurgery, Inc. Pare piezo power with energy recovery
US9211207B2 (en) 2010-08-18 2015-12-15 Apollo Endosurgery, Inc. Power regulated implant
TWI454041B (zh) * 2011-12-06 2014-09-21 Champion Elite Co Ltd Piezoelectric resonant light emitting diode driving circuit
US9270206B2 (en) * 2012-01-23 2016-02-23 Alfred E. Mann Foundation For Scientific Research Methods and systems for applying charge to a piezoelectric element
JP5616391B2 (ja) 2012-04-25 2014-10-29 株式会社アドバンテスト アクチュエータ装置、試験装置、および試験方法
DE102012214565B4 (de) * 2012-08-16 2015-04-02 Continental Automotive Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Einspritzventils
US9652013B2 (en) * 2012-09-11 2017-05-16 Maxim Integrated Products, Inc. Piezo driver having passive energy storage component recharging capability
US10578499B2 (en) 2013-02-17 2020-03-03 Microsoft Technology Licensing, Llc Piezo-actuated virtual buttons for touch surfaces
US9448631B2 (en) 2013-12-31 2016-09-20 Microsoft Technology Licensing, Llc Input device haptics and pressure sensing
US20150185842A1 (en) * 2013-12-31 2015-07-02 Microsoft Corporation Haptic feedback for thin user interfaces
DE102014212377B4 (de) * 2014-06-27 2016-07-21 Continental Automotive Gmbh Verfahren zur Bestimmung eines Zustandes eines Einspritzventils
RU2631332C2 (ru) * 2015-07-09 2017-09-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет") Устройство и способ управления самочувствительным ультразвуковым пьезоэлектрическим двигателем
US10061385B2 (en) 2016-01-22 2018-08-28 Microsoft Technology Licensing, Llc Haptic feedback for a touch input device
FR3060905B1 (fr) * 2016-12-15 2020-11-13 Centre Techn Ind Mecanique Dispositif de commande pour charges capacitives de type actionneurs piezoelectriques
EP3525251A1 (en) * 2018-02-09 2019-08-14 Koninklijke Philips N.V. Actuator device using current-addressed electroactive polymer
RU2698802C1 (ru) * 2018-11-30 2019-08-30 Общество с ограниченной ответственностью "РЭНК" (ООО "РЭНК") Способ генерации механических колебаний и генератор для его осуществления

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2194049B1 (ko) * 1972-07-28 1975-05-30 Telecommunications Sa
DE2828678A1 (de) * 1978-06-30 1980-04-17 Bosch Gmbh Robert Verfahren und einrichtung zum betrieb eines elektromagnetischen verbrauchers, insbesondere eines einspritzventils in brennkraftmaschinen
DE2900420A1 (de) * 1979-01-08 1980-07-24 Bosch Gmbh Robert Einrichtung zum steuern des stromes durch einen elektromagnetischen verbraucher, insbesondere durch ein elektromagnetisch betaetigbares einspritzventil einer brennkraftmaschine
US4732129A (en) * 1985-04-15 1988-03-22 Nippon Soken, Inc. Control apparatus for electroexpansive actuator enabling variation of stroke
JPS61285082A (ja) * 1985-06-10 1986-12-15 Toshiba Corp 圧電型駆動装置
JPS6397854A (ja) * 1986-10-13 1988-04-28 Nippon Denso Co Ltd ピエゾアクチユエ−タ駆動回路
DE68921047T2 (de) 1988-11-30 1995-06-14 Toyota Motor Co Ltd Apparat zum Antreiben eines piezoelektrischen Elements zum Öffnen oder zum Schliessen eines Ventilteils.
JP2536114B2 (ja) 1989-01-18 1996-09-18 トヨタ自動車株式会社 圧電素子の駆動装置
JP2969805B2 (ja) * 1990-06-08 1999-11-02 トヨタ自動車株式会社 圧電素子の駆動装置
JP3053149B2 (ja) * 1993-01-19 2000-06-19 アイシン精機株式会社 内燃機関の燃料噴射制御装置
JP3092413B2 (ja) * 1993-09-30 2000-09-25 トヨタ自動車株式会社 圧電素子駆動装置
DE19714616A1 (de) * 1997-04-09 1998-10-15 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zum Laden und Entladen eines piezoelektrischen Elements
US5862431A (en) * 1997-04-25 1999-01-19 Hewlett-Packard Company Toner powder level sensing using element and pulse signal and toner powder presence sensing using piezoelectric film
JPH10332029A (ja) * 1997-05-29 1998-12-15 Denso Corp 電磁弁制御装置
DE19723932C1 (de) * 1997-06-06 1998-12-24 Siemens Ag Verfahren zum Ansteuern wenigstens eines kapazitiven Stellgliedes
DE19729844A1 (de) * 1997-07-11 1999-01-14 Bosch Gmbh Robert Kraftstoffeinspritzvorrichtung
DE19733560B4 (de) * 1997-08-02 2007-04-05 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Laden und Entladen eines piezoelektrischen Elements
DE19742073A1 (de) 1997-09-24 1999-03-25 Bosch Gmbh Robert Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen
JPH11141430A (ja) * 1997-11-05 1999-05-25 Yamaha Motor Co Ltd 燃料噴射装置およびその駆動方法
DE19805184A1 (de) * 1998-02-10 1999-08-12 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln der Temperatur eines piezoelektrischen Elements
DE19854789A1 (de) * 1998-02-10 1999-08-12 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zum Laden und Entladen eines piezoelektrischen Elements
US6031707A (en) * 1998-02-23 2000-02-29 Cummins Engine Company, Inc. Method and apparatus for control of current rise time during multiple fuel injection events
DE19814594A1 (de) * 1998-04-01 1999-10-07 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zum Laden und Entladen eines piezoelektrischen Elements
DE19831599A1 (de) * 1998-07-14 2000-01-20 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern wenigstens eines kapazitiven Stellgliedes

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190026932A (ko) * 2016-07-22 2019-03-13 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하 자동차의 분사 밸브의 압전 액추에이터를 제어하기 위한 방법 및 디바이스
US11352972B2 (en) 2016-07-22 2022-06-07 Vitesco Technologies GmbH Actuator for a piezo actuator of an injection valve

Also Published As

Publication number Publication date
DE60011038T2 (de) 2005-07-21
EP1138903B1 (en) 2004-05-26
EP1138903A1 (en) 2001-10-04
US20010035697A1 (en) 2001-11-01
KR20070115833A (ko) 2007-12-06
JP2002004924A (ja) 2002-01-09
JP5199523B2 (ja) 2013-05-15
US7019436B2 (en) 2006-03-28
DE60011038D1 (de) 2004-07-01
KR100806451B1 (ko) 2008-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100806451B1 (ko) 압전 소자의 충전 및 방전을 위한 시간 및 순간 제어식작동 장치
US6147433A (en) Method and device for charging and discharging a piezoelectric element
KR100461852B1 (ko) 용량성 구동기를 충전시키기 위한 방법 및 장치
US6081061A (en) Method and device for charging and discharging a piezoelectric element
EP1860309B1 (en) Improvements relating to fuel injector control
GB2334164A (en) A drift-compensated piezoelectric fuel injector actuator
US20020000761A1 (en) Fuel injection system
JP4787407B2 (ja) 少なくとも１つの容量性アクチュエータを制御するための方法及び装置
JPH09115727A (ja) 電磁的な負荷を制御する装置および方法
EP1138905B1 (en) Apparatus and method for detecting a load decrease when driving piezoelectric elements
DE19709717C1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Ansteuern wenigstens eines kapazitiven Stellgliedes
KR20000057652A (ko) 하나 이상의 용량성 액추에이터를 제어하기 위한 방법 및 장치
US6826504B2 (en) Method and apparatus for controlling system parameters
WO2006106094A1 (de) Schaltungsanordnung und verfahren zum betätigen eines auf- und entladbaren, elektromechanischen stellgliedes
EP1382824B1 (en) A system for controlling a piezoelectric actuator, in particular for the fuel injectors of a diesel engine
EP1138920B1 (en) Control method and control apparatus for a multiple-acting valve within a fuel injection system
EP1138935B1 (en) Determination of the piezoelectric element temperature and its utilization for correcting the drive voltage
DE102005050551A1 (de) Energieversorgungseinheit für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Energieversorgungseinheit
EP1139449A1 (en) Fuel injection system
JP4824187B2 (ja) 圧電素子の充電のための装置及び方法
JP2007534228A (ja) アクチュエータを制御するための電子装置
EP1138913A1 (en) Method and apparatus for charging a piezoelectric element based on measured charge/discharge times
DE102008025208A1 (de) Schaltungsanordnung und Verfahren zum Laden einer kapazitiven Last

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
A201 Request for examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
A107 Divisional application of patent
AMND Amendment
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130212

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140214

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150213

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160212

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170209

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee