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JPS6372381A - 容量性負荷の駆動方法 - Google Patents

容量性負荷の駆動方法

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Publication number
JPS6372381A
JPS6372381A JP61217309A JP21730986A JPS6372381A JP S6372381 A JPS6372381 A JP S6372381A JP 61217309 A JP61217309 A JP 61217309A JP 21730986 A JP21730986 A JP 21730986A JP S6372381 A JPS6372381 A JP S6372381A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coil
capacitive load
signal
driving
switch element
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP61217309A
Other languages
English (en)
Inventor
榊原　康行
猪頭　敏彦
清則 関口
滝川　昌宏
夏目　慶三
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
NipponDenso Co Ltd
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 Nippon Soken Inc, NipponDenso Co Ltd filed Critical Nippon Soken Inc
Priority to JP61217309A priority Critical patent/JPS6372381A/ja
Priority to US07/094,738 priority patent/US4767959A/en
Publication of JPS6372381A publication Critical patent/JPS6372381A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は容量性負荷の駆動方法に関し、例えば、内燃機
関における燃料噴射弁に用いられる圧電式アクチュエー
タまたは電歪式アクチュエータ等の駆動方法に関する。
〔従来の技術〕
圧電素子から成る圧電式アクチュエータの駆動回路とし
て第１７図の回路がある。この回路はコイルによる共振
を利用しているため圧電式アクチュエータに負電圧がか
かり、分極劣化を起こし初期の性能の維持について問題
点がある。また第１７図の回路では圧電式アクチュエー
タの伸縮量を制御するためには高電圧電源の電圧を変え
る必要があり応答性にも不満足な点がある。これらの問
題点を解決するため第１８図の回路もあるが回路が複雑
で製造原価が高価となり、さらに余分なエネルギーを抵
抗Ｒで消費させるため効率が悪く発熱の問題がある。本
発明の先行技術文献としては、特願昭６０−８１４３２
号の明細書が参照される。
〔発明が解決しようとする問題点〕
前述の従来形における問題点にかんがみ、本発明の目的
は、従来形の回路のコイルに２次巻線を追加し、該巻線
からフライバンクエネルギーを電源へ回生し、かつ１次
巻線はトランジスタ等により適時にスイッチングすると
いう構想に基づき、フライバンクエネルギーの回生によ
る効率の向上、容量性負荷としての圧電式アクチュエー
タの伸縮量の制御を容易にし、かつ分極劣化のおそれの
ない容量性負荷の駆動方法を得ることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
前述の問題点を解決するため、本発明においては、容量
性負荷と、該容量性負荷を駆動するための直流電源と、
該直流電源に対して該容量性負荷と直列に設けられた第
１のコイルおよび第１のスイッチ素子と、該容量性負荷
の端子間に直列に設けられた第２のコイルおよび第２の
スイッチ素子と、該第１のコイルおよび該第２のコイル
の少なくとも一方と結合して巻回された第３のコイルと
、該第３のコイルと該直流電源に対し直列に設けられた
半導体素子を具備する装置における容量性負荷の駆動方
法であって、該第１のスイッチ素子あるいは該第２のス
イッチ素子を閉成して該第１のコイルあるいは該第２の
コイルに通電し、該通電電流が零になる以前に該第１の
スイッチ素子あるいは該第２のスイッチ素子を開路し、
開路の際に該第１のコイルあるいは該第２のコイルに発
生するフライ２バツクエネルギーを該第３のコイルおよ
び該半導体素子を介して該直流電源に回生ずることを特
徴とする容量性負荷の駆動方法、が提供される。
〔作　用〕
前述のような第１図に例示される構成の回路において、
例えば第２のスイッチ素子２６を閉成して第２のコイル
２４に゛通電し、通電電流が零になる以前に第２のスイ
ッチ素子を開路し、その際発生するフライバックエネル
ギーを直流電源に回生じ、エネルギーの効率よい使用が
可能となる。
また実施形態として、第１のスイッチ素子または第２の
スイッチ素子を容量性負荷の端子電圧に対応して開路す
る、閉成してからの時間に対応して開路する、または容
量性負荷の充放電電荷に対応して開路するようにすれば
、応答性よく負荷を制御できる。
〔実施例〕
本発明の第１実施例について以下説明する。第２図は第
１実施例における圧電式アクチュエータ駆動回路の構成
を示す図である。この駆動回路を圧電式アクチュエータ
を用いたインジェクタに適用した例を以下説明する。第
４図および第５図は圧電式アクチュエータの伸縮を利用
してニードルを上下させ、弁の開閉を行うことで燃料噴
射量、噴射時期を制御することができるインジェクタの
システム図および構造図である。このインジェクタの構
造、作動、制御方法および噴射率が一定であるという点
については特願昭６０−８１４３２号明細書に詳述され
ている。
第２図の駆動回路１００について説明する。１０１は自
動車用のバフテリで、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２を用
いて高電圧を発生させ、その高電圧をコンデンサ１０３
に蓄電しておく。ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２は知られ
たトランス昇圧式のものである。
１０４はサイリスタでそのアノードは前記高電圧電源の
コンデンサ１０３に接続されており、カソードはインダ
クタンスを有するコイル１０５に接続されている。ゲー
トはトリガ発生回路１５０に接続されている。コイル１
０５の他端は圧電式アクチュエータ２の子端子に接続さ
れている。圧電式アクチュエータの一端子は接地されて
いる。すなわち、コンデンサ１０３、サイリスタ１０４
、コイル１０５、圧電式アクチュエータ２からなる直列
共振回路を形成する。圧電式アクチュエータの子端子に
はインダクタンスを有するコイル１０６が接続されてい
る。
コイル１０６にはこれと結合してコイル１０７が巻回さ
れている。コイル１０６とコイル１０７の極性は第２図
のように逆方向になっている。コイル１０６の他端はダ
イオード１０８を介してトランジスタ１０９のコレクタ
に接続されている。すなわち圧電式アクチュエータ２、
コイル１０６、ダイオード１０８、トランジスタ１０９
から成る直列共振回路を形成する。ダイオード１０日は
トランジスタ１０９のコレクタに負電圧が加わるのを防
止するために設けられている。トランジスタ１０９のエ
ミッタは接地されている。トランジスタ１０９のベース
は抵抗１１０．１１１を介してトリガ発生回路１５０に
接続されている。
コイル１０７の一方は接地されており、他方はダイオー
ド１１２を介してバッテリ１０１へ接続されている。
次にトリガ発生回路１５０について説明する。トリガ発
生回路１５０には後述するＥＣＵ４１で演算出力された
メイン噴射信号、パイロット噴射信号、比較信号ＶＲが
入力されている。１５１は２人力オアゲートでその一方
の入力にはメイン噴射信号が、他方の人力にはパイロッ
ト噴射信号が接続されている。すなわちメイン噴射信号
とパイロット噴射信号の論理和が出力される。２人力オ
アゲート１５１の出力はワンショットマルチ１５２の立
下りトリガ入力に接続されている。ワンショー／　）マ
ルチ１５２は立下りトリガに同期して、コンデンサ１５
３、抵抗１５４にて決定される時間幅のパルスをｄに出
力する。こは負論理で出力され、所定の時間幅だけ「０
」レベルとなる。出力時間幅はサイリスタ１０４のトリ
ガ信号として用いるため約３０μｓｅｃとしである。ワ
ンショットマルチ１５２のご出力は、抵抗１５５．１５
６を介してトランジスタ１５７のベースに接続されてい
る。トランジスタ１５７はＰＮＰタイプでエミッタは電
源に接続されている。トランジスタ１５７のコレクタは
パルストランス１５８の１次＝ｉ線１５９に接続されて
いる。ワンショットマルチ１５２のご出力が「０」レベ
ルのとき、トランジスタ１５７が導通し、パルストラン
ス１５８の１次巻線１５９に電流が流れ２次巻線１６０
に信号が発生する。この信号はダイオード１６１、抵抗
１６２を介して、サイリスタ１０４のゲート入力に接続
される。
抵抗１６３、コンデンサ１６４はノイズ防止用である。
１６５はワンショットマルチで、その立上りトリガ入力
には前記メイン噴射信号が接続されている。
ワンショットマルチ１６５の出力パルス幅は抵抗１６８
、コンデンサ１６７によって決まり、本実施例では約１
００μｓにしである。ワンショットマルチ１６５のＱ出
力は２人力オアゲート１６９の一方の入力に接続されて
いる。２人力オアゲートの出力は抵抗１１０．１１１を
介してトランジスタ１０９をオン／オフすることは前述
した通りである。１７０はＤフリップフロップで、その
データ人力りは「１」レベルに、セット人力Ｓはグラン
ド（接地）に接続しである。クロック人力Ｃはバイロフ
ト噴射信号が接続されており、その立上りエツジにて、
データ入力のレベルをラッチし出力する。リセット人力
Ｒには後述のコンパレータ１７１の出力が接続されてい
る。コンパレータ１７１には、ＥＣＵの演算、出力した
比較電圧■、が十人力に接続されている。
−人力には抵抗１７２．１７３により圧電式アクチュエ
ータ２の電圧を約１／３００に分圧した信号が接続され
ている。
次にメイン噴射信号、パイロット噴射信号、比較電圧■
、を演算し出力するＥＣＵについて説明する。第３図に
ＥＣＵ４１の構成を示す。４１１は入力インタフェース
で負荷センサ５３からのアクセル開度に対応した電圧お
よび温度センサ５４からの水温に対応した電圧をＡＤ変
換してパスライン４１５に接続する。さらに基準センサ
５２と角度センサ５１からの信号によりエンジン回転数
を計数し、パスライン４１５に接続する。４１２はＣＰ
Ｕて前記人力インタフェース４１１からのデータをとり
こみ、各種データおよびプログラムを格納したＲＯＭ４
１３に従い演算を行う。４１４はＣＰＵ４１２の演算に
用いるＲＡＭである。４１５はパスラインで、入力イン
タフェース４１１等各種構成回路間でデータをやりとり
する母線である。４１６は出力インタフェースで、前記
ＣＰＵ４１２の演算した噴射信号のデータがセットされ
ると、所定のカウント動作を行い、定められたタイミン
グで、メイン噴射信号、パイロット噴射信号を出力する
。４１７はＤＡ変換回路で、ＣＰｔ１４１２が演算した
比較電圧のデータをアナログ電圧であるＶＲとして出力
する。
以上の構成における作動について説明する。メイン噴射
信号、パイロット噴射信号、比較電圧■８はＥＣＵにて
演算され出力される。入力インタフェース４１１より、
エンジン回転数Ｎ！　、アクセル開度θ、水温Ｔをよみ
こみ、あらかじめ台上試験で求めＲＯＭ４１３に記憶し
ておいたマツプから所定のエンジン条件におけるパイロ
ット噴射時期θ２、バイロフト噴射期間τ２、パイロッ
ト−メイン噴射間隔て６、メイン噴射期間で１、比較電
圧Ｖ８を計算する。そしてこれらの値を出力インタフェ
ース４１６およびＤＡ変換回路４１７に出力する。出力
インタフェース４１６は基準信号、角度信号、基準クロ
ック信号により所定のタイミングでパイロット噴射信号
およびメイン噴射信号を出力する。
これらの信号はトリガ発生回路１５０に接続される。パ
イロット噴射信号の立上りでＤフリップフロップ１フ０
がトリガされＱ出力が「１」レベルとなる（第６図（Ｈ
））。この信号は２人力オアゲートを通りトランジスタ
１０９を導通させる（第６図（Ｄ））。トランジスタ１
０９の導通により、圧電式７式％ トランジスタ１０９の直列共振回路が形成され、圧電式
アクチュエータ２の電荷は減少していく。すなわち、圧
電式アクチュエータは収縮する。圧電式アクチュエータ
２の電圧（■、２ア）が所定の電圧まで降下すると、こ
れを検出するコンパレータ１７１の一人力信号が比較電
圧Ｖ、ｔより低（なるため、コンパレータ１７１の出力
は「１」レベルとなり（第６図（Ｇ））Ｄフリップフロ
・ノブ１７０はリセフトされる（第６図Ｈ））。すなわ
ちＱ出力が「０」レベルとなりトランジスタ１０９は遮
断される（第６図（■））。この時点で、コイル１０６
にはかなりの電流が流れており、この電流を急に遮断す
ると高電圧のスパイクを発生しトランジスタ１０９を破
壊してしまう。
本発明においてはコイル１０６と結合するコイル１０７
があるため、コイル１０６に蓄積したエネルギーはコイ
ル１０７により回生される。すなわちコイル１０７はコ
イル１０６と逆極性に巻回されているため、コイル１０
６に流れていた電流はコイル１０７ではダイオード１１
２を介してバフテリ１０１へ流れこむことになる（第６
図（Ｋ））。このため、コイル１０６にかかる電圧はバ
フテリ電圧×（コイル１０６と１０７の巻数比）となり
所定の定格値内に抑えることができる。しかも、エネル
ギーを回生という形でバフテリに戻すことができるため
、熱という形で捨ててしまうのに比べ、消費電流の低減
、発熱の低減という優れた効果がある。
このようにして圧電式アクチュエータ２の収縮時の電圧
を■えに応じて自由に応答性良く制御することができる
（第６図（Ｆ））。この収縮時の電圧を変えることによ
り、圧電式アクチュエータ２の収縮量を制御でき、ニー
ドルリフト量を変えることができ、最終的に噴射率を自
由に制御することができる（第６図（Ｌ））。パイロッ
ト噴射信号の立下りエツジでワンショットマルチ１５２
がトリガされ、サイリスタ１０４がトリガされる（第６
図（Ｅ））。これによりサイリスタ１０４が導通し、コ
ンデンサ１０３に蓄電された高電圧がサイリスタ１０４
、コイル１０５を介して圧電式アクチュエータ２に印加
される（第６図（Ｆ））。したがって圧電式アクチュエ
ータ２は伸長し、このためインジェクタは閉弁し噴射を
中断する。所定の時間後メイン噴射信号が到来する。こ
の立上りでワンショットマルチ１６５がトリガされ、所
定の時間トランジスタ１０９を導通させる（第６図（Ｄ
））。この時間は圧電式アクチュエータ２がコイル１０
６と直列共振する周期の半分よりも長めに設定しである
。トランジスタ１０９が導通し、圧電式アクチュエータ
２の電荷は負になるまで抜けるため、圧電式アクチュエ
ータ２は大きく収縮する（第６図（Ｆ））。
このため、インジェクタは全開となり、高噴射率で噴射
を行う（第６図（Ｌ））。メイン噴射の立下りでワンシ
ョットマルチ１５２がトリガされサイリスタ１０４が導
通し、圧電式アクチュエータ２に高電圧が印加され噴射
を終了する。
以上説明したように、本駆動回路によれば、圧電式アク
チュエータ２の収縮時の電圧を任意に制御することがで
き、しかも従来例とは異なり熱として浪費することな（
バッテリに回生させているため低消費電力で装置の小型
軽量化に役立てることができるという優れた特徴を有す
る。
なお本実施例ではインジェクタを例にとって説明したが
、これに限定するものではない。容量性負荷の電圧を応
答性良く広範囲に制御する目的に広く利用できる。
また、実施例において、バイロフト噴射信号のみを用い
、ＶＲ＝Ｏとすると圧電式アクチェエータ２に負電圧が
印加されるのを防止でき、分極劣化による伸縮量の変動
を抑えることができる。
次に第２の実施例について説明する。第７図は第２実施
例における圧電式アクチュエータの駆動回路の構成を示
す図である。この駆動回路を圧電式アクチュエータを用
いたインジェクタに適用した例を以下説明する。第９図
、第１０図は圧電式アクチュエータの伸縮を利用してピ
ストン７２０を上下させ、ポンプ室７０３に供給された
燃料を加圧し噴ロア１２から噴射させる燃料噴射弁のシ
ステムおよび構造を示す図である。この燃料噴射弁はダ
イナミックレンジが制限されるので第１９図に示した駆
動回路を用いることで、ピストンのストロークを変え、
噴射量の制御を行った。しかし第１９図に示した駆動回
路は構成が複雑で、コストが高く、しかもコンデンサ４
７７に蓄えられた電荷を抵抗４８３で消費させているた
め、駆動回路としての効率が悪く、発熱があるため装置
を小型化できないという問題が残っていた。
第７図の駆動回路２００について説明する。２０１はバ
ッテリで、ＤＣ−ＤＣ−コンバータ２０２を用いて高電
圧を発生させ、その高電圧をコンデンサ２０３に蓄電し
ておく。２０４はインダクタンスを有するコイルで前記
コンデンサ２０３と圧電式アクチュエータ２の十端子間
に入っている。コイル２０４にはこれと結合してコイル
２０５が巻回されている。
コイル２０４とコイル２０５の極性は第７図の如く逆方
向になっている。コイル２０５の一方は接地されており
他方はサイリスク２０６を介してバッテリへ接続されて
いる。サイリスタ２０６のゲート端子は後述のトリガ発
生回路２５０へ接続されている。２は圧電式アクチュエ
ータで、中端子は前記コイル２０４へ一端子はダイオー
ド２０７を介してトランジスタ２０８のコレクタへ接続
される。トランジスタ２０８のエミッタは接地されてい
る。すなわちコンデンサ２０３、コイル２０４、圧電式
アクチュエータ２、ダイオード２０７、トランジスタ２
０８から成る直列共振回路が形成されている。トランジ
スタ２０８のベースは抵抗２０９，２１０を介してトリ
ガ発生回路２５０へ接続されている。圧電式アクチュエ
ータ２の中端子にはコイル２１１が接続されている。
２１２はサイリスクで、そのアノードはコイル２１１に
、カソードは圧電式アクチュエータ２の一端子に接続さ
れている。すなわち圧電式アクチュエータ２、コイル２
１１、サイリスタ２１２から成る直列共振回路が形成さ
れている。サイリスタ２１２のゲート端子はトリガ発生
回路２５０へ接続されている。
次にトリ力発生回路２５０について説明する。トリガ発
生回路２５０には後述のＥＣＵ４１　’で演算出力され
た駆動信号と比較信号■３が入力されている。
２５１はコンデンサ、２５２は抵抗で、微分回路を形成
しており駆動信号の立上りエツジに同期したパルスを作
る。この信号はセットリセットフリップフロップ２５３
のセット端子Ｓに入力されており、フリップフロップ２
５３をセットする。すなわちζ出力が「１」レベルとな
る。フリップフロップ２５３のリセット端子Ｒにはコン
パレータ２５４の出力が接続されている。コンパレータ
２５４の十入力には抵抗２５５．２５６で圧電式アクチ
ュエータ２の電圧を約１／３００に分圧した信号が接続
されている。
コンパレータ２５４の＝入力には比較信号Ｖ露が接続さ
れている。
フリップフロップ２５３のζ出力はトリガ１信号として
前記トランジスタ２０８のベース抵抗２１０に接続され
ており、ζ出力が「１」レベルのときトランジスタ２０
８は導通する。フリップフロップ２５３のζ出力はまた
ワンショットマルチ２５７の立下りトリガ入力に接続さ
れている。ワンショットマルチ２５７の出力パルス幅は
コンデンサ２５８、抵抗２５９により決まり、サイリス
タ２０６のトリガ用であるため約３０μｓｅｃとしであ
る。ワンショットマルチ２５７のζ出力は抵抗２６０，
２６１を介してトランジスタ２６２のベースに接続され
る。トランジスタ２６２のエミッタは電源に接続されて
いる。トランジスタ２６２のコレクタはパルストランス
２６３の１次巻線２６４に接続されている。ワンショッ
トマルチ２５７の口出力が「０」レベルのときトランジ
スタ２６２は導通しパルストランス２６３の１次巻線２
６４に電流が流れ２次巻線２６５に信号が発生する。こ
の信号はダイオード２６６抵抗２６７を介してトリガ３
信号としてサイリスク２０６のゲート入力に接続される
。抵抗２６８、コンデンサ２６９はノイズ防止用である
。２７０はワンショットマルチでその立下りトリガ入力
には駆動信号が接続されている。以下前記トリガ３信号
用の回路と同じなので説明を省略する。駆動信号の立下
りに同期してトリガ２信号が発生し、サイリスタ２１２
をトリガする。
次に駆動信号と比較信号ＶＲを出力するＥＣＵ４１　’
について説明する。第８図にＥＣＵ４１　’の構成を示
す。４５１　は空気量センサで公知のベーンタイプある
いは熱線を用いたものでエンジンの吸入空気量を計測す
る。４５２はエンジンに装着され冷却水温を計測する水
温センサである。４１１は入力インタフェースで空気量
センサ４５１および水温センサ４５２の出力をＡＤ変換
しパスライン４１５へ送出する。４１２は演算制御を行
うＣＰＵ、４１３はプログラムおよび各種データを格納
したＲＯＭ、４１４はＲＡＭである。４１６は出力イン
タフェースで、ＣＰＵの演算した駆動周波数に対応した
デジタル値がロードされ、該駆動周波数の信号を作成す
る。
４２０はワンショットマルチで前記信号に同期した一定
パルス幅の駆動信号を発生する。パルス幅はコンデンサ
４１８抵抗４１９の時定数で決定され約５００１１　ｓ
ｅｃとしである。４１７はＤＡ変換回路で、ＣＰＵの演
算した比較信号ＶＲに対応したデジタル値をアナログ電
圧に変換し駆動回路に出力する。
上記構成における作動について説明する。ＣＰＩＩ４１
２は入力インタフェース４１１より吸入空気ｉ１Ｑをよ
みこむ。この吸入空気量から所定の空燃比となる基本噴
射量ｑＩＡｓＥを演算する。次に入力インタフェース４
１１より水温をよみこみ、あらかじめＲＯＭ４１３に記
憶しておいた水温に応じた増量マツプデータから増量係
数Ｋを求め最終噴射量ｑ□８＝に×ｑｌｌＡ０を演算す
る。ｑＦＩＮが求まったら、ＲＯＭ４１３に記憶しであ
る駆動周波数マツプ、および比較信号ｖ、Ｉマツプをひ
き、駆動周波数ｆと比較電圧Ｖ、ｌを求める。駆動周波
数のデータは出力インタフェース４１６に出力し、ワン
ショットマルチ４２０を経て駆動信号となる（第１１図
（Ａ））。比較信号データはＤＡ変換回路４１７に出力
され、比較信号Ｖ３となって出力される（第１１図（Ｂ
））。
パルス発生回路に入力された駆動信号は、コンデンサ２
５１、抵抗２５２により微分され（第１１図（Ｃ））、
その立上りエツジでフリップフロップ２５３をセントす
る。すなわちＱ出力が「１」レベルとなる。このＱ出力
によりトランジスタ２０８は導通しく第１１図（Ｄ））
、コンデンサ２０３、コイル２０４、圧電式アクチュエ
ータ２、ダイオード２０７、トランジスタ２０８から成
る直列共振回路が形成され、コンデンサ２０３に蓄電さ
れた高電圧が圧電式アクチュエータ２に印加される（第
１１図（Ｇ））。このとき、圧電式アクチュエータ２の
一端子の電位は、ダイオード２０７の順方向電圧降下分
と、トランジスタ２０８のＶ、Ｅの和であり殆んど無視
できる値である。したがって抵抗２５５　、２５６で圧
電式アクチュエータ２の子端子を分圧した値は、圧電式
アクチュエータ２の子端子、一端子間の電圧、すなわち
、圧電式アクチュエータ２の印加電圧に対応している。
この値と比較信号■８とをコンパレータ２５４で比較し
、比較信号ＶＲ’よりも高くなるとコンパレータ２５４
の出力は「１」レベルとなり　（第１１図（Ｈ））フリ
ップフロップ２５３をリセットする。したがって、Ｑ出
力は「０」レベルとなりトランジスタ２０８を遮断する
（第１１図（Ｄ））。この時、コイル２０４にはかなり
の電流が流れており（第１１図（Ｉ））、電流を急に遮
断すると異常な高電圧を誘起し、トランジスタ２０８を
破壊してしまう。しかし、本実施例ではコイル２０４に
結合してコイル２０５が巻回されており、コイル２０４
に蓄積されていたエネルギーはコイル２０５により回生
されるようになっている。
フリップフロップ２５３のＱ出力の立下りで、ワンショ
ットマルチ２５７がトリガされ、トランジスタ２６２が
導通し、パルストランス２６３を介してサイリスク２０
６をトリガする（第１１図（Ｆ））。サイリスタ２０６
は導通し、コイル２０５に誘起した電流をバッテリ２０
１へ回生する（第１１図（Ｋ））。
このため、コイル２０５にかかる高圧はバッテリ電圧×
（コイル２０４とコイル２０５の巻数比）となり、所定
の定格イ直内に抑えることができる。しかもエネルギー
を回生という形でバッテリに戻すことができるため、消
費電流、発熱の低減という優れた効果がある。
駆動信号が立下ると、ワンショットマルチ２７０がトリ
ガされ、トランジスタ２７５が導通し、パルストランス
２７６を介してサイリスタ２１２がトリガされる（第１
１図（Ｅ））。サイリスタ２１２が導通すると、圧電式
アクチュエータ２、コイル２１１、サイリスタ２１２か
ら成る直列共振回路が形成され、圧電式アクチュエータ
２の電荷は減少しく第１１図（Ｇ））、圧電式アクチュ
エータ２は収縮する。
以上の説明のように、圧電式アクチュエータ２に印加さ
れる電圧は、比較信号ＶＲにより自由に応答性良く制御
することができ、この印加電圧により圧電式アクチュエ
ータ２の伸長量を変えることができるため、第１０図の
燃料噴射弁における燃料噴射量を制御することができる
。しかも本方式では原理的に損失の少ないコイルを用い
て駆動した場合、コイルに電流が流れている期間中に電
流を遮断した時に生ずる高電圧を防止するため、回生と
いう形でこのエネルギーをバッテリに戻しており、消費
電力の低減、装置の小型軽量化に大きく役立つものであ
る。
なお本実施例では燃料噴射弁を例にとって説明したが、
これに限定するものではない。容量性負荷に対して印加
電圧を応答性良く広範囲に制御する用途に広く利用でき
る。
第１２図は第２実施例の変形例で、コイル２０４゜２０
５，２１１を１つのコアに巻回したものであり比較的ス
ペースを必要とするコイルをコンパクトにできるため小
型化に寄与する。この場合、各コイルの極性を第１２図
のようにしておけば性能的には第７図のものと同等とな
る。
また、コイル２０５により回生を行っているが回生光を
バッテリ２０１ではなく第１３図のように、高圧電源を
蓄電するコンデンサ２０３へ戻してもよい。こうするこ
とにより回生時間を短縮できる。
さらに第３実施例として第１４図のようにしてもよい。
これはトランジスタ２０８の遮断タイミングを圧電式ア
クチュエータの端子電圧ではなく、充電電荷量に基き制
御するものである。第７図と異なる点は抵抗４０１が充
電電流検出用として設けられており、この電圧を抵抗２
９１、オペアンプ２９２、コンデンサ２９３から成る積
分回路で積分し、その積分値すなわち充電電荷量を比較
電圧■８とコンパレータ２５４で比較し、所定の値に達
したら、フリップフロップ２５３をリセットしトランジ
スタ２０８を遮断するようになっている。２９４はアナ
ログスイッチで積分用コンデンサ２９３の放電用で、フ
リップフロップ２５３のＱ出力をインバータ２９５によ
り反転し、Ｑ出力が零すなわちトランジスタ２０８がオ
フのときアナログスイッチ２９４はオンとなり積分用の
コンデンサをイニシャライズする。
このように電荷量で制御すると、圧電式アクチュエータ
の伸縮量と充放電電荷量の関係が直線性良くヒステリシ
スもないことから、噴射量等の制御性および精度が向上
するという効果がある。
次に第４の実施例について説明する。第１５図は第４実
施例における圧電式アクチュエータの駆動回路の構成を
示す図である。第４実施例の第１５図の構成は第１実施
例で説明した放電時のストローク制御と、第２実施例で
説明した充電時のストローク制御を組みあわせたもので
あり、第１、第２実施例で述べた効果を合わせ持ってい
る。
この駆動回路を第２実施例で説明したポンプタイプのイ
ンジェクタに適用した例を以下説明する。
第１０図のポンプタイプのインジェクタは、圧電式アク
チュエータ２の伸長によりポンプ室７０３の燃料を加圧
し噴ロア１２から噴射するようになっているが、圧電式
アクチュエータ２の作動速度が極めて速いため（伸長に
１００μＳ）、ポンプ室７０３に衝撃的な圧力が加わり
、極めて大きな圧力脈動を生じる。このため、この圧力
脈動があちこちで反射したり複雑に作用しあって２次噴
射あるいはそれ以上の高次噴射を引きおこし、噴射量の
ｉＪ量精度が悪化するという問題があった。さらに、収
縮時にも同様な高速で収縮するため、ポンプ室の圧力脈
動が大きく、燃料の減圧沸騰、チェック弁７０５からの
補充量のバラツキ、ポンプ室残圧のばらつき等を起こし
、噴射量が安定しないという問題があった。このため、
圧電式アクチュエータの作動速度を、制御できる方法が
切望されていた。
第４実施例による駆動回路は、圧電式アクチュエータの
充放電を高速かつ間欠的に行なうことにより見かけ上そ
の応答速度を自由に制御できるという特長を有する。
第１５図において、３００は駆動回路で３０１はバッテ
リ、３０２はＤＣ−ＤＣコンバータ、３０３はＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ３０２の発生した高電圧を蓄電するコンデ
ンサである。３０４は第１のコイルで一方は前記コンデ
ンサ３０３に接続され、他方は圧電式アクチュエータ２
の子端子に接続されている。
３０５はダイオードで、トランジスタ３０６の逆電流防
止用、３０６はＰＮＰタイプのトランジスタでそのコレ
クタはダイオード３０５のアノードと接続され、そのエ
ミッタは接地されている。トランジスタ３０６のベース
は抵抗３０７，３０８を介してトリガ発生回路３５０の
トリガ１信号に接続されている。
トランジスタ３０６、ダイオード３０５、コンデンサ３
０３、第１コイル３０４、圧電式アクチュエータ２から
なる直列共振回路を形成している。３０９は第２コイル
で、第１コイル３０４と同じコアに巻回されており、そ
の極性は第１５図に示した通りである。第２コイル３０
９の一方は圧電式アクチュエータ２に他方はダイオード
３１０のアノードに接続されている。３１１はＮＰＮタ
イプのトランジスタで、そのコレクタはダイオード３１
００カソードに接続され、そのエミッタは接地されてい
る。ダイオード３１０の役割はトランジスタ３１１に逆
電流が流れるのを防止するためである。トランジスタ３
１１のベースは抵抗３１２．３１３を介して、トリガ発
生回路３５０のトリガ２信号に接続されている。
３１４は第３コイルで、前述の第１コイル３０４、第２
コイル３０９と同じコアに巻回されておりその極性は第
１５図に示した通りである。第３コイル３１４の一方は
接地されており、他方はサイリスタ３１５のアノードに
接続されている。サイリスタ３１５のカソードは前記バ
ッテリ３０１の＋側へ接続されている。サイリスタ３１
５のゲートは、トリガ発生回路３５０のトリガ３信号に
接続されている。
次にトリガ発生回路３５０について説明する。
トリガ発生回路３５０には後述のＥＣＵ４１”から立上
げ信号と立下げ信号が入力されている。立上げ信号はイ
ンバータ３５１に接続され、インバータ３５１の出力は
抵抗３５２．３５３を介してトランジスタ３５４のベー
スに接続されている。トランジスタ３５４のエミッタは
例えば＋５ｖに接続されている。
トランジスタ３５４のコレクタは抵抗３５５　、３５６
を介してトランジスタ３５７のベースに接続されている
。
トランジスタ３５７のエミッタは例えば−５■に接続さ
れている。トランジスタ３５７のコレクタはトリガｌ信
号として前述のトランジスタ３０８を駆動する。立上げ
信号は２人力オアゲート３５８にも接続されている。２
人力オアゲート３５８の出力はワンショットマルチ３５
９の立下りトリガ入力に接続されている。
ワンショットマルチ３５９の出力パルス幅はコンデンサ
３６０、抵抗３６１により決定され、本実施例ではサイ
リスタ３１５のトリガ用のため約３０μｓｅｃとしであ
る。ワンショットマルチ３５９のＱ出力は抵抗３６２，
３６３を介してトランジスタ３６４のベースに接続され
ており、これをオン／オフする。
すなわち、ワンショットマルチ３５９の立下りトリガ入
力に接続されている信号の立下りに同期してトランジス
タ３６４は３０μｓｅｃの間オンする。トランジスタ３
６４のコレクタはパルストランス３６５の１次巻線３６
６に接続されている。パルストランス３６５の２次巻線
３６７はダイオード３６８、抵抗３６９を介してトリガ
３信号としてサイリスタ３１５のゲートに接続される。
抵抗３７０、コンデンサ３７１はノイズ防止用である。
立下げ信号はインバータ３７２に入力される。インバー
タ３７２の出力は、抵抗３７３．３７４を介してトラン
ジスタ３７５のベースに接続されている。トランジスタ
３７５のエミッタは例えば＋５■に接続されている。ト
ランジスタ３７５のコレクタはトリガ２信号として前述
のトランジスタ３１１を制御する。
立下げ信号は前記２人力オアゲート３５８のもう一方の
入力にも接続されており、その立下りに同期してトリガ
３信号を発生させる。４１″はＥＣＵで、第２実施例で
説明したものと同様な構成である。異なるのは出力信号
が立上げ信号と立下げ信号という２種類の信号となった
点である。　ＩＩＩＣＵ４１”には空気量センサ４５１
、水温センサ４５２が入力されている。ＥＣＵは所定の
演算を行ない、最終的な駆動周波数、駆動電圧を求める
。ここまでは第２実施例と同様である。この後、駆動電
圧に応じて所定のパルス幅、パルス間隔、パルス数の立
上げ信号を演算して出力する。同じく、立上げ信号の出
力が終了した後に、駆動電圧に応じた所定のパルス幅、
パルス間隔、パルス数の立下げ信号を演算し出力する。
次に第４実施例の作動について説明する。第１６図は作
動説明に供する各部信号波形を示したタイムチャートで
ある。　　ＥＣＵ４１”により演算、出力された立上げ
信号が（第１６図（Ａ））ｒｌＪレベルの時、トリガ１
信号は一５ｖとなり　（第１６図（Ｃ））トランジスタ
３０６をオンする。そうするとトランジスタ３０６、ダ
イオード３０５、コンデンサ３０３、第１コイル３０４
、圧電式アクチュエータ２から成る直列共振回路が形成
され、コンデンサ３０３に蓄電されていた高電圧が圧電
式アクチュエータ２に印加される。この時回路には正弦
波状の振動電流が流れるが、その半周期よりも短かい時
間内に立上げ信号は「０」レベルに戻るように設定しで
あるため、第１コイル３０４に流れている電流が急激に
遮断されることになる（第１６図（Ｆ））。
通常の場合、第１コイルに流れていた電流は行き先がな
くなるため、第１コイルには異常な高電圧が発生し、ト
ランジスタ３０６等を破壊してしまう。ところが本実施
例では、立上げ信号が「０」レベルになった時点で、ワ
ンショット３５９により第３トリガ信号が発生しく第１
６図（Ｅ））、サイリスタ３１５を導通させる。第１コ
イル３０４にはこれに結合する回生用の第３コイルが巻
回されているため、第１コイル３０４に蓄えられていた
エネルギーは第３コイル３１４からサイリスタ３１５を
経てバッテリ３０１へ戻される（第１６図（Ｈ））。所
定の時間後、立上げ信号が再び「１」レベルとなり、ト
ランジスタ３０６が導通し、再び圧電式アクチュエータ
２へ充電が行われる。そして、その途中で立上げ信号を
「０」レベルに戻してやると、充電は中断する、この時
も第１コイル３０４に蓄えられていたエネルギーは回生
作用でバフテリ３０１へ戻される。以下所定の回数これ
をくり返すことにより圧電式アクチュエータの充電はこ
きざみに行われ、その電圧は第１６図（１）に示したよ
うに徐々に上昇させることができる。このため第１０図
のポンプ室７０３の圧力は比較的緩慢に上昇するため、
脈動が抑えられ、２次噴射が無くなるため調量精度が向
上する。
立下げ信号の場合も同様であり、立下げ信号が「１」レ
ベルの時（第１６図（Ｂ））、トランジスタ３１１が導
通ずる。これにより、圧電式アクチュエータ２、第２コ
イル３０９、ダイオード３１０、トランジスタ３１１か
ら成る放電用の直列共振回路が形成される。このため、
このループには正弦波状の振動電流が流れるが、その半
周期よりも短かい時間内に立下げ信号は「０」レベルに
戻るように設定しであるため、第２コイル３０９に流れ
ている電流が急激に遮断される（第１６図（Ｇ））。し
かし、第２コイル３０９と結合して第３コイル３１４が
巻回しであるため、第２コイル３０９に蓄えられたエネ
ルギーは第３コイル３１４から、立下げ信号の立下りで
導通するサイリスタ３１５を経てバフテリ３０１へ戻さ
れる（第１６図（Ｈ））。
所定の時間後、立下げ信号は再び「１」レベルとなり　
（第１６図（Ｂ））、トランジスタ３１１が導通し、再
び圧電式アクチュエータ２から放電が行われる。そして
その途中で立下げ信号を「０」レベルにしてやると放電
は中断する。この時も第２コイル３０９に蓄えられてい
たエネルギーは回生作用でバッテリ３０１へ戻される。
以下所定の回数これをくり返すことにより、圧電式アク
チュエータ２の放電はこきざみに行われ、その電圧は第
１６図（Ｉ）に示したように徐々に低下させることがで
きる。このため第１０図のポンプ室７０３の圧力は比較
的緩慢に降下するため、チェック弁７０５からの燃料の
補充が安定して行われ、ポンプ室７０３の残圧が均一に
なり、次回の噴射時の初期条件が同じとなるため、噴射
量のばらつきが抑えられるという効果がある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、消費電力が軽減され、エネルギーの効
率が向上する。また本発明を圧電式または電歪式アクチ
ュエータの駆動に適用し、内燃機関の噴射率制御に応用
すればアクチェエータのストローク制御を適切に行うこ
とができ、アクチュエータの分極劣化も防止できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の詳細な説明する回路図、第２図は本発
明の第１実施例としての容量性負荷の駆動方法を行う装
置の回路図、 第３図は本発明を適用する燃料噴射弁制御装置における
ＥＣＵ　（演算回路）を示すブロック図、第４図は本発
明を適用する内燃機関の構成を概略的に示す図、 第５図は本発明によって制御される燃料噴射弁の構成を
示す断面図、 第６図は第２図の装置の動作を説明するタイミング図、 第７図は本発明の第２実施例の容量性負荷の駆動方法を
行う装置の回路図、 第８図は第７図の装置に信号を供給するＥＣＵのブロッ
ク図、 第９図は第７図の装置が適用される燃料噴射弁の配置を
示す内燃機関の部分図、 第１０図は第９図の燃料噴射弁の断面図、第１１図は第
７図の装置の動作を説明するタイミング図、 第１２図および第１３図は第７図の実施例の変形例を示
す回路図、 第１４図は本発明の第３実施例を行う装置の回路図、 第１５図は本発明の第４実施例を行う装置の回路図、 第１６図は第１５図の装置の動作を説明するタイミング
図、および 第１７図、第１８図、および第１９図は従来例の駆動回
路の回路図である。 （符号の説明） ２１・・・直流電源、 ２２・・・第１のスイッチ素子、 ２３・・・第１のコイル、　　　２４・・・第２のコイ
ル、２５・・・容量性負荷、 ２６・・・第２のスイッチ素子、 ２７・・・第３のコイル、　　２８・−・半導体素子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、容量性負荷と、該容量性負荷を駆動するための直流
    電源と、該直流電源に対して該容量性負荷と直列に設け
    られた第１のコイルおよび第１のスイッチ素子と、該容
    量性負荷の端子間に直列に設けられた第２のコイルおよ
    び第２のスイッチ素子と、該第１のコイルおよび該第２
    のコイルの少なくとも一方と結合して巻回された第３の
    コイルと、該第３のコイルと該直流電源に対し直列に設
    けられた半導体素子を具備する装置における容量性負荷
    の駆動方法であって、 該第１のスイッチ素子あるいは該第２のスイッチ素子を
    閉成して該第１のコイルあるいは該第２のコイルに通電
    し、該通電電流が零になる以前に該第１のスイッチ素子
    あるいは該第２のスイッチ素子を開路し、開路の際に該
    第１のコイルあるいは該第２のコイルに発生するフライ
    バックエネルギーを該第３のコイルおよび該半導体素子
    を介して該直流電源に回生することを特徴とする容量性
    負荷の駆動方法。 ２、該半導体素子は第３のスイッチ素子である特許請求
    の範囲第１項記載の容量性負荷の駆動方法。 ３、該直流電源はバッテリおよび低電圧を高電圧に昇圧
    するＤＣ−ＤＣコンバータを具備する特許請求の範囲第
    １項または第２項記載の容量性負荷の駆動方法。 ４、該第３のコイルからのフライバックエネルギーは該
    直流電源のＤＣ−ＤＣコンバータの低圧側に回生される
    特許請求の範囲第３項記載の容量性負荷の駆動方法。 ５、該第３のコイルからのフライバックエネルギーは該
    直流電源のＤＣ−ＤＣコンバータの高圧側に回生される
    特許請求の範囲第３項記載の容量性負荷の駆動方法。 ６、該第１のスイッチ素子あるいは該第２のスイッチ素
    子は、該容量性負荷が所定の電圧に到達した時期に基づ
    いて決められた時期に開路される特許請求の範囲第１項
    から第５項までのいずれか一項に記載の容量性負荷の駆
    動方法。 ７、該第１のスイッチ素子あるいは該第２のスイッチ素
    子は、閉成してからの時間に基づいて決められた時期に
    開路される特許請求の範囲第１項から第５項までのいず
    れか一項に記載の容量性負荷の駆動方法。 ８、該第１のスイッチ素子あるいは該第２のスイッチ素
    子は、該容量性負荷の充放電電荷量が所定の値に達した
    時期に基づいて開路される特許請求の範囲第１項から第
    ５項までのいずれか一項に記載の容量性負荷の駆動方法
    。 ９、該第１のスイッチ素子あるいは該第２のスイッチ素
    子の開閉は複数回行われる特許請求の範囲第１項から第
    ５項までのいずれか一項に記載の容量性負荷の駆動方法
    。 １０、該容量性負荷は圧電式アクチュエータである特許
    請求の範囲第１項から第９項までのいずれか一項に記載
    の容量性負荷の駆動方法。 １１、該容量性負荷は電歪式アクチュエータである特許
    請求の範囲第１項から第９項までのいずれか一項に記載
    の容量性負荷の駆動方法。
JP61217309A 1986-09-17 1986-09-17 容量性負荷の駆動方法 Pending JPS6372381A (ja)

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