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JP3765282B2 - Piezo actuator driving circuit and fuel injection device - Google Patents

Piezo actuator driving circuit and fuel injection device Download PDF

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JP3765282B2
JP3765282B2 JP2002098581A JP2002098581A JP3765282B2 JP 3765282 B2 JP3765282 B2 JP 3765282B2 JP 2002098581 A JP2002098581 A JP 2002098581A JP 2002098581 A JP2002098581 A JP 2002098581A JP 3765282 B2 JP3765282 B2 JP 3765282B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はピエゾアクチュエータ駆動回路および燃料噴射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ピエゾアクチュエータは、PZT等の圧電材料の圧電作用を利用したもので、例えば、内燃機関の燃料噴射装置に適用され、燃料噴射用のインジェクタにおいて燃料の噴射とその停止とを切り換える手段として用いられたものが知られている。ピエゾアクチュエータは、容量性素子であるピエゾスタックが充電により伸長し、縮小するときは放電する。ピエゾスタックが伸長時および縮小時のみ通電がなされる方式のアクチュエータである。
【0003】
ピエゾアクチュエータの駆動回路は、ピエゾスタックの充電用の電荷を蓄積しておくコンデンサと、該コンデンサとピエゾスタックとの間で、一方を供給元として、電流制限用のインダクタを介して電荷を移動する通電経路とを有している。燃料噴射装置に適用したものでは、例えば、コンデンサからピエゾスタックに充電して燃料噴射を開始し、所定のタイミングでピエゾスタックからコンデンサに電荷を回収して燃料噴射を停止する。したがって、燃料噴射中はピエゾスタック−コンデンサ間は非導通状態となる。従来、インジェクタの開閉制御用に用いられているソレノイド方式のもののように、ソレノイドへの通電を持続することでソレノイドの励磁状態が維持され、その間、噴射が可能となる構成のものとは大きく異なる。
【0004】
ピエゾアクチュエータ駆動回路の構成として、特開2001−157472号公報には、コンデンサとピエゾスタックとインダクタとでLC共振回路を形成したものがある(LC共振方式)。
【0005】
また、特開平10−308542号公報には、通電経路として、スイッチング素子がオンオフを繰り返すと、スイッチング素子のオン期間にインダクタに漸増する電流が流れる第1の種類の通電経路と、前記スイッチング素子のオフ期間に前記インダクタに漸減する電流が流れる第2の種類の通電経路とが形成されるようにした構成のものもある(多重スイッチング方式)。LC共振方式のものが、電流や電圧の挙動が回路定数により決まる単純な振動をしてエネルギー(電荷)をやりとりするだけであるのに対して、多重スイッチング方式のものでは、スイッチング素子の制御でピエゾスタックの充電量が自在であり、ピエゾアクチュエータを種々の用途に適用し得る可能性を有している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ピエゾスタックとコンデンサとの間で全電荷の放出と受け取りを行うLC共振方式に比して、多重スイッチング方式では、コンデンサに十分な電荷が蓄えられた状態で、その中から所定量の電荷のみをピエゾスタックに供給する必要があり、ピエゾアクチュエータ駆動回路の構成、制御内容とも複雑化する。
【0007】
このため、ピエゾアクチュエータ駆動回路には、より実用的な価値の高いものが要請されている。例えば、LC共振方式のものが、充電若しくは放電の開始後に通電経路を開閉するスイッチがオン状態のまま制御不能となっても(オン故障)、ピエゾアクチュエータ駆動回路やピエゾスタックが特に重要な損傷を受けることは殆どないのに対し、スイッチング方式のものではスイッチング素子のオンオフの態様により電流や電圧の挙動が異なるから、スイッチング素子が指令通りに作動しないことがあると、ピエゾアクチュエータ駆動回路やピエゾスタックが特に重要な損傷を受けるおそれがあるが、簡単な構成で故障検出を行い得るものがない。
【0008】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、実用価値の高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。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明では、ピエゾアクチュエータに搭載されたピエゾスタックの駆動用のエネルギーを蓄積するコンデンサと、該コンデンサとピエゾスタックとの間で一方を供給元として、インダクタを介して電荷を移動する通電経路とを有し、該通電経路として、スイッチング素子のオンオフを繰り返すことにより、スイッチング素子のオン期間にインダクタに漸増する電流が流れる第1の種類の通電経路と、前記スイッチング素子のオフ期間に前記インダクタに漸減する電流が流れる第2の種類の通電経路とが形成され、かつ、前記スイッチング素子を制御する制御手段により、ピエゾスタックの充電および放電がなされるピエゾアクチュエータ駆動回路において、
前記通電経路に流れる電流を検出する電流検出手段を設け、
前記制御手段を、前記電流検出手段により検出された電流が予め設定したしきい値を越えると、短絡故障と判定するように設定する。
さらに、前記スイッチング素子よりも前記ピエゾスタック側で、前記通電経路の電圧を検出する電圧検出手段を設け、
前記制御手段を、前記短絡故障と判定されたときにおいて、前記スイッチング素子がオフの時に検出された電圧が予め設定したしきい値以下の第1の判定条件のときには、前記通電経路により、前記供給元をピエゾスタックとして電荷を前記コンデンサに回収する電荷回収を許容し、検出された電圧が予め設定したしきい値以上の第2の判定条件のときには、前記電荷回収を禁止するように設定する。
【0010】
【課題を解決するための手段】
LC共振方式のものと異なり、通電経路を開閉するスイッチング素子がオン状態のまま制御不能になるオン故障やインダクタの一部または全部の短絡により通電経路を流れる電流が過電流となる。これは、例えばピエゾスタックに過剰な充電がなされて、ピエゾスタックの両端子間電圧が過昇する原因となる。したがって、通電経路に流れる電流を監視することで、速やかに故障の発生を知ることができる。これにより実用性が向上する。
この短絡故障と判定された場合において、前記スイッチング素子よりも前記ピエゾスタック側で、前記通電経路の電圧が高いほど、短絡故障の態様としてスイッチング素子のオン故障やインダクタの短絡故障が発生している蓋然性が高い。この場合、通常の、ピエゾスタックからコンデンサへの電荷回収を行うとすれば、スイッチング素子のオン故障でコンデンサとインダクタとが導通していることにより、あるいは、インダクタが電流を制限する作用をしないことにより、ピエゾスタックを供給元として、ピエゾスタック〜インダクタ〜接地という通電経路で漸増する電流を流そうとすると、コンデンサの非接地側の端子が接地されることになって、コンデンサが両端子間で短絡するおそれがある。あるいは、インダクタの短絡故障であれば、ピエゾスタックが短絡する。本発明では検出電圧がしきい値以上であれば通常の電荷回収はなされないから、かかるコンデンサやピエゾスタックの短絡を未然に防止することができる。
【0011】
請求項2記載の発明では、請求項1の発明の構成において、前記ピエゾスタックとして、通電経路を共通として複数のピエゾスタックが接続可能で、かつ、前記制御手段により制御される選択スイッチにより、前記複数のピエゾスタックのうちから、前記通電経路と接続されるピエゾスタックを選択可能であり、
前記制御手段を、前記短絡故障と判定されると、前記選択スイッチをオフにして、前記通電経路を開成するように設定する。
【0012】
簡単に、充電や放電を停止してピエゾアクチュエータ駆動回路やピエゾスタックの損傷を防止することができる。
【0015】
請求項記載の発明では、請求項1または2の発明の構成において、検出電圧の前記しきい値を、略コンデンサの両端子間電圧に設定し、
前記制御手段を、前記スイッチング素子がオフの時に前記第2の判定条件を満たすときは、故障の態様を、スイッチング素子のオン故障と判定するように設定する。
【0016】
短絡故障と判断されると、対応として、コンデンサを供給元とする通電経路のスイッチング素子をオフすることになるが、それでも検出電圧が略コンデンサの両端子間電圧に達するのはスイッチング素子のオン故障の場合である。したがって、検出電圧の前記しきい値を、略コンデンサの両端子間電圧に設定することで、故障の態様を、スイッチング素子のオン故障と特定することができる。
【0017】
請求項記載の発明では、請求項1ないし3の発明の構成において、前記コンデンサの電荷を前記インダクタを通り前記ピエゾスタックをバイパスして接地側に放電する非常放電用の経路を形成するとともに、該非常放電用の経路には、該非常放電用経路を開閉する非常放電スイッチを設ける。
【0018】
前記のごとく通常の電荷回収が不可となる短絡故障の場合でも、非常放電スイッチのオンで電荷を接地側に放出することができる。非常放電スイッチは前記制御手段による制御で作動するように構成して、短絡故障と判断なされた後、所定のタイミングで自動で電荷放出がなされるようにしてもよいし、修理工場などでの操作を前提として手動操作によるものでもよい。
【0019】
請求項記載の発明では、請求項1ないしの発明の構成において、前記コンデンサが、前記制御手段により制御される電源部により充電されるようになっており、
前記制御手段を、前記短絡故障と判定されると、前記電源部の作動を停止するように設定する。
【0020】
コンデンサに電気エネルギーが新たに投入されないようにすることで、ピエゾアクチュエータ駆動回路やピエゾスタックの損傷を最小限にくい止めることができる。
【0021】
請求項記載の発明では、請求項1ないし5の発明の構成において、
前記電圧検出手段は前記ピエゾスタックの非接地側端子の電圧を検出するものであり、
前記制御手段を、前記ピエゾスタックの充電完了後の充電保持期間において検出された電圧が予め設定したしきい値よりも小さいときは、前記ピエゾスタックの故障と判断するように設定する。
【0022】
ピエゾスタックは正常であれば充電完了後の充電保持期間では電圧が実質的に一定であるのに対し、ピエゾスタックの圧電セラミック層の一部短絡等で電荷がリークすると、電圧は低下する。したがって、電圧の低下から、かかるピエゾスタックの故障が知られる。
【0023】
請求項記載の発明では、ピエゾアクチュエータに搭載されたピエゾスタックの駆動用のエネルギーを蓄積するコンデンサと、該コンデンサとピエゾスタックとの間で一方を供給元として、インダクタを介して電荷を移動する通電経路とを有し、該通電経路として、スイッチング素子のオンオフを繰り返すことにより、スイッチング素子のオン期間にインダクタに漸増する電流が流れる第1の種類の通電経路と、前記スイッチング素子のオフ期間に前記インダクタに漸減する電流が流れる第2の種類の通電経路とが形成され、かつ、前記スイッチング素子を制御する制御手段により、ピエゾスタックの充電と放電とがなされるピエゾアクチュエータ駆動回路において、
前記通電経路に流れる電流を検出する電流検出手段を設け、
前記制御手段は、前記ピエゾスタックの充電開始直後に、検出された電流が予め設定した所定の電流値をとるまでの時間を計測して、計測時間に基づいて前記ピエゾスタックの見かけの容量若しくはピエゾスタックの温度を検出する手段を有する
【0024】
電流の挙動はピエゾスタックやインダクタの回路定数に応じて異なるが、特にピエゾスタックの見かけの容量によって変わる。ここでいうピエゾスタックの見かけの容量とは、ピエゾスタックをコンデンサと等価としてE=(1/2)CV2(E:ピエゾスタックへ投入されたエネルギー、C:ピエゾスタックの見かけの容量、V:ピエゾスタックの電圧)の関係から求めたCのことである(以下、単に容量という)。そして、容量は温度の影響を受けやすい。したがって、電流の経時プロファイルからピエゾスタックの容量やピエゾスタックの温度が知られ、さらに、これら情報に基づいてピエゾスタックの容量異常やピエゾスタックの温度異常を知ることができる。
【0025】
ここで、電流の経時プロファイルの指標として、ピエゾスタックの充電開始直後に所定の電流値をとるまでの時間を計測するようにしているので、実施が容易である。
【0026】
請求項記載の発明では、燃料を噴射する噴孔を開閉するニードルをピエゾアクチュエータにより作動せしめるインジェクタと、
前記ピエゾアクチュエータを駆動する手段として、
ピエゾアクチュエータに搭載されたピエゾスタックの駆動用のエネルギーを蓄積するコンデンサと、該コンデンサとピエゾスタックとの間で一方を供給元として、インダクタを介して電荷を移動する通電経路とを有し、該通電経路として、スイッチング素子のオンオフを繰り返すことにより、スイッチング素子のオン期間にインダクタに漸増する電流が流れる第1の種類の通電経路と、前記スイッチング素子のオフ期間に前記インダクタに漸減する電流が流れる第2の種類の通電経路とが形成され、かつ、前記スイッチング素子を制御する制御手段により、ピエゾスタックの充電および放電とがなされるピエゾアクチュエータ駆動回路と、
前記制御手段に、燃料の噴射時期および噴射量に対応した前記ピエゾスタックの充電時期および充電保持期間の長さを指令する指令手段とを有する燃料噴射装置であって、
前記ピエゾアクチュエータ駆動回路には、
前記通電経路に流れる電流を検出する電流検出手段を設け、
前記指令手段を、前記ピエゾスタックの充電開始直後に、検出された電流が予め設定した所定の電流値をとるまでの時間を計測して、計測時間に基づいて、前記ピエゾスタックの充電時期および充電保持期間の長さを補正するように設定する。
【0027】
インジェクタを構成する可動部材の摺動抵抗等が温度変化の影響を受けて、インジェクタの作動特性が変化する。一方、前記のごとく、検出電流が予め設定した所定の電流値をとるまでの時間はインジェクタの温度とみなせるピエゾスタックの温度に応じて変化し、冷却水温度等に比してはるかにインジェクタ温度と対応した温度情報である。したがって、計測された前記時間に応じてピエゾスタックの充電時期および充電保持期間の長さを補正することで、燃料噴射を高精度に行い得る。
請求項10記載の発明では、ピエゾアクチュエータに搭載されたピエゾスタックの駆動用のエネルギーを蓄積するコンデンサと、該コンデンサとピエゾスタックとの間で一方を供給元として、インダクタを介して電荷を移動する通電経路とを有し、該通電経路として、スイッチング素子のオンオフを繰り返すことにより、スイッチング素子のオン期間にインダクタに漸増する電流が流れる第1の種類の通電経路と、前記スイッチング素子のオフ期間に前記インダクタに漸減する電流が流れる第2の種類の通電経路とが形成され、かつ、前記スイッチング素子を制御する制御手段により、ピエゾスタックの充電と放電とがなされるピエゾアクチュエータ駆動回路において、
前記スイッチング素子よりも前記ピエゾスタック側で、前記通電経路の電圧を検出する電圧検出手段を設け、
前記制御手段を、前記電圧検出手段により検出された前記ピエゾスタックの充電電圧が予め設定したしきい値を越えると、前記ピエゾスタックの過電圧異常と判定するように設定する
これにより、充電電圧が過昇したことを判断できる。
【0028】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図2に本発明を適用したディーゼルエンジンのコモンレール式の燃料噴射装置の構成を示す。ディーゼルエンジンの気筒数分のインジェクタ1が各気筒に対応して設けられ(図例ではインジェクタ1は1つのみ図示)、供給ライン27を介して連通する共通のコモンレール26から燃料の供給を受け、インジェクタ1から各気筒の燃焼室内に略コモンレール26内の燃料圧力(以下、コモンレール圧力という)に等しい噴射圧力で燃料を噴射するようになっている。コモンレール26には燃料タンク23の燃料が高圧サプライポンプ25により圧送されて高圧で蓄えられる。
【0029】
また、コモンレール26からインジェクタ1に供給された燃料は、上記燃焼室への噴射用の他、インジェクタ1の制御油圧等としても用いられ、インジェクタ1から低圧のドレーンライン28を経て燃料タンク23に還流するようになっている。
【0030】
各インジェクタ1に搭載されたピエゾアクチュエータを駆動するためのピエゾアクチュエータ駆動回路21が設けられている。ピエゾアクチュエータ駆動回路21は、ECU22により制御され、選択気筒のインジェクタ1が燃料を噴射する。ECU22は、マイクロコンピュータ等を中心に構成され、ピエゾアクチュエータ駆動回路21の他、燃料噴射装置の各部を制御するようになっており、例えば、コモンレール26に設けられた図示しない圧力センサ等の検出信号に基づいて調量弁24を制御してコモンレール26への燃料の圧送量を調整しコモンレール圧力を調整する。また、ECU22には、燃料温、エンジン油温等の検出信号やクランク角等の各種信号が入力している。
【0031】
図3に前記インジェクタ1の構造を示す。インジェクタ1は棒状体で、図中下側部分がエンジンの図略の燃焼室壁を貫通して燃焼室内に突出するように取り付けられている。インジェクタ1は下側から順にノズル部1a、背圧制御部1b、ピエゾアクチュエータ1cとなっている。
【0032】
ノズル部1aのスリーブ状の本体104内にニードル121がその後端部にて摺動自在に保持されており、ニードル121はノズル本体104の先端部に形成された環状シート1041に着座または離座する。ニードル121の先端部の外周空間105には高圧通路101を介してコモンレール54から高圧燃料が導入され、ニードル121のリフト時に噴孔103から燃料が噴射される。ニードル121にはその環状段面1211に前記高圧通路101からの燃料圧がリフト方向(上向き)に作用している。
【0033】
ニードル121の後方には高圧通路101からインオリフィス107を介して制御油としての燃料が導入されており、ニードル121の背圧を発生する背圧室106が形成される。この背圧は、背圧室106に配設されたスプリング122とともにニードル121の後端面1212に着座方向(下向き)に作用する。
【0034】
前記背圧は背圧制御部1bで増減され、背圧制御部1bは前記ピエゾスタック127を備えたピエゾアクチュエータ1cにより駆動される。
【0035】
前記背圧室106はアウトオリフィス109を介して常時、背圧制御部1bの弁室110と連通している。弁室110は天井面1101が上向きの円錐状に形成されており、天井面1101の最上部に、低圧室111と連通する低圧ポート110aが開口しており、低圧室111はドレーンライン56に通じる低圧通路102と連通している。弁室110の底面には高圧制御通路108を介して高圧通路101と連通する高圧ポート110bが開口している。
【0036】
弁室110内には、下側部分を水平にカットしたボール123が配設されている。ボール123は上下動可能な弁体であり、下降時には、上記カット面で弁座としての弁室底面(以下、高圧側シートという)1102に着座して高圧ポート110bを閉鎖することにより弁室110を高圧制御通路108と遮断し、上昇時には弁座としての上記天井面(以下、低圧側シートという)1101に着座して低圧ポート110aを閉鎖することにより弁室110を前記低圧室111から遮断する。これにより、ボール123下降時には背圧室106がアウトオリフィス109、弁室110を経て低圧室111と連通し、ニードル121の背圧が低下してニードル121が離座する。一方、ボール123の上昇時には背圧室106が低圧室111と遮断されて高圧通路101のみと連通し、ニードル121の背圧が上昇してニードル121が着座する。
【0037】
ボール123はピエゾアクチュエータ1cにより押圧駆動される。ピエゾアクチュエータ1cは、低圧室111の上方に上下方向に形成された縦穴112に径の異なる2つのピストン124,125が摺動自在に保持され、上側の大径のピストン125の上方にピエゾスタック127が上下方向を伸縮方向として配設されている。
【0038】
大径ピストン125はその下方に設けられたスプリング126によりピエゾスタック127と当接状態を維持しており、ピエゾスタック127の伸縮量と同じだけ上下方向に変位するようになっている。
【0039】
ボール123と対向する下側の小径ピストン124と大径ピストン125と縦穴112とで画された空間には燃料が充填されて変位拡大室113が形成されており、ピエゾスタック127の伸長で大径ピストン125が下方変位して変位拡大室113の燃料を押圧すると、その押圧力が変位拡大室113の燃料を介して小径ピストン124に伝えられる。ここで、小径ピストン124は大径ピストン125よりも小径としているので、ピエゾスタック127の伸長量が拡大されて小径ピストン124の変位に変換される。
【0040】
燃料噴射時には、先ず、ピエゾスタック127が充電されてピエゾスタック127が伸長することにより、小径ピストン124が下降してボール123を押し下げる。これによりボール123が低圧側シート1101からリフトするとともに高圧側シート1102に着座して背圧室106が低圧通路102と連通するので、背圧室106の燃料圧が低下する。これにより、ニードル121に離座方向に作用する力の方が着座方向に作用する力よりも優勢となって、ニードル121が離座して燃料噴射が開始される。
【0041】
噴射停止は反対にピエゾスタック127の放電によりピエゾスタック127を縮小してボール123への押し下げ力を解除する。この時、弁室110内は低圧となっており、またボール123の底面には高圧制御通路108から高圧の燃料圧力が作用しているから、ボール123には全体としては上向きの燃料圧が作用している。そして、前記ボール123への押し下げ力の解除により、ボール123が高圧側シート1102から離間するとともに再び低圧側シート1101に着座して弁室110の燃料圧力が上昇するため、ニードル121が着座し噴射が停止する。
【0042】
図1に前記ピエゾアクチュエータ駆動回路21の構成を示す。なお、説明の便宜のため、適宜、ピエゾスタック127を4つの気筒に対応してピエゾスタック127A、ピエゾスタック127B、ピエゾスタック127C、ピエゾスタック127Dと表すものとする。ピエゾアクチュエータ駆動回路21は、ピエゾスタック127A〜127Dの充電および放電を行う充放電回路部211、その制御を行う制御手段であるコントローラ212等からなり、図示しないワイヤハーネスによりピエゾスタック127A〜127Dと接続される。
【0043】
充放電回路部211は、車載のバッテリ30の給電で数十〜数百Vの直流電圧を発生する電源部であるDC−DCコンバータ31、およびその出力端に並列に接続されたコンデンサ32を有し、ピエゾスタック127A〜127Dの充電用の電圧を出力する。DC−DCコンバータ31は例えば一般的な昇圧チョッパ型の回路を採用し得る。コンデンサ32は十分静電容量の大きなもの(数百μF)で構成され、ピエゾスタック127A〜127Dへの充電作動時にも略一定の電圧値を保つようになっている。
【0044】
コンデンサ32からピエゾスタック127A〜127Dにインダクタ34を介して通電する第1の種類の通電経路である第1の通電経路33aが設けてあり、通電経路33aには、コンデンサ32とインダクタ34間にこれらと直列に第1のスイッチング素子35が介設されている。第1のスイッチング素子35はMOSFETで構成され、その寄生ダイオード(以下、第1の寄生ダイオードという)351は、コンデンサ32の両端子間電圧が逆バイアスとなるように接続される。
【0045】
また、インダクタ34とピエゾスタック127A〜127Dは第2の種類の通電経路である第2の通電経路33bを形成している。この通電経路33bは、インダクタ34と第1のスイッチング素子35の接続中点に接続される第2のスイッチング素子36を有している。第2の通電経路33bはコンデンサ32をバイパスして、インダクタ34、ピエゾスタック127A〜127Dおよび第2のスイッチング素子36を通る閉回路を形成している。第2のスイッチング素子36もMOSFETで構成され、その寄生ダイオード(以下、第2の寄生ダイオードという)361は、コンデンサ32の両端子間電圧が逆バイアスとなるように接続される。
【0046】
通電経路33a,33bはピエゾスタック127A〜127Dのそれぞれに共通であり、ピエゾスタック127A〜127Dと直列に1対1に対応して選択スイッチ37A,37B,37C,37Dが接続してある。噴射気筒のインジェクタ1のピエゾスタック127A〜127Dに対応する選択スイッチング素子37A〜37Dがオンされて、当該ピエゾスタック127A〜127Dに通電経路33a,33bが選択的に形成されることになる。
【0047】
各選択スイッチ37A〜37DはMOSFETが用いられており、その寄生ダイオード(以下、選択寄生ダイオードという)371A,371B,371C,371Dは、コンデンサ32の両端子間電圧が逆バイアスとなるように接続されている。
【0048】
スイッチング素子35,36、選択スイッチ37A〜37Dの各ゲートにはコントローラ212からそれぞれ制御信号が入力しており、前記のごとく選択スイッチ37A〜37Dのいずれかをオンして駆動対象のピエゾスタック127A〜127Dを選択するとともに、スイッチング素子35,36をオンオフし、ピエゾスタック127A〜127Dの充電および放電を行うようになっている。
【0049】
選択スイッチ37A〜37Dと接地間には、選択スイッチ37A〜37Dに共通に抵抗器38bが設けてある。その両端子間電圧すなわち図中b点の電圧はコントローラ212に入力し、ピエゾスタック127A〜127Dの充電電流が検出されるようになっている。
【0050】
第2のスイッチング素子36には直列に抵抗器38cが設けてある。その両端子間電圧すなわち図中c点の電圧はコントローラ212に入力し、ピエゾスタック127A〜127Dの放電電流が検出されるようになっている。
【0051】
また、インダクタ34のピエゾスタック127A〜127D側の端子と接地間に、直列接続された抵抗値の高い抵抗器381a,381bが設けてある。その分割電圧すなわち図中a点の電圧は、コントローラ212に入力し、ピエゾスタック127A〜127Dの両端子間電圧が検出されるようになっている。
【0052】
また、抵抗器381a,381bと並列に、非常放電用経路42が形成してあり、詳しくは後述するようにコンデンサ32やピエゾスタック127A〜127Dの電荷を接地側に放出するようになっている。非常放電用経路42には、これを開閉する非常放電用スイッチ43の他、抵抗器44、ダイオード45が直列に接続されている。抵抗器44は電荷放出時の時定数を調整するためのものである。ダイオード45は逆流防止用のもので、インダクタ34側をカソードとしてあり、電流がインダクタ34側から接地側に流れる方向が順方向となる。
【0053】
また、非常放電用スイッチ43はMOSFETが用いられており、その寄生ダイオード(以下、放電寄生ダイオードという)431は、コンデンサ32の電圧が逆バイアスとなるように接続されている。
【0054】
非常放電用スイッチ43のゲートにはコントローラ212から制御信号が入力している。
【0055】
制御手段であるコントローラ212は、ECU22からの指令信号や充放電回路部211の前記各種の検出信号にしたがって、充放電回路部211に制御信号を出力するとともに、充放電回路部211の異常を検出し、ECU22に異常判定信号IJF1,IJF2を出力するようになっている。また、後述する放電禁止信号を生成し、一定の条件のときにピエゾスタック127A〜127Dからコンデンサ32への電荷回収の実行を禁止する。
【0056】
ECU22から入力する指令信号として、噴射信号、気筒選択信号および充電期間信号が入力している。噴射信号は、ピエゾスタック127A〜127Dの充電時期と放電時期とを規定するもので、「L」と「H」よりなる二値信号である。噴射信号の出力時期および長さにより噴射期間が略規定される。また、気筒選択信号は、噴射気筒に対応した、充電すべきピエゾスタック127A〜127Dを選択するものである。充電期間信号はピエゾスタック127A〜127Dの充電期間の長さすなわち充電量を規定するものである。
【0057】
なお、各ピエゾスタック127A〜127Dには、それぞれ並列に抵抗器41A,41B,41C,41Dが設けてあり、充電完了後にもピエゾスタック127A〜127Dから常時、少しずつ放電する。抵抗器41A〜41Dはフェールセーフ用のものであり、ピエゾスタック127A〜127Dの配線ケーブルの断線等で通電不能となり、ピエゾスタックの127A〜127Dからコンデンサ32への通常の電荷回収ができなくなったときに、ニードル121をリフト状態とし得る程度の充電保持状態が所定時間以上、続かないようになっている。また、抵抗器41A〜41Dは焦電効果による発生電荷を解消する。したがって、抵抗器41A〜41Dの抵抗値は、最長噴射時間等を考慮して設定される。
【0058】
図4は、充放電回路部211の作動状態を示すものである。コントローラ212は、噴射信号,気筒選択信号、充電期間信号が「H」になると、所定の制御信号を出力する。なお、気筒選択信号は第1の気筒を選択するものであり、続いて第2の気筒を選択するものであるとする。先ず、第1の気筒に対応する第1の選択スイッチ37Aがオンされる。選択スイッチ37Aのオン期間は放電が完了するまでである。
【0059】
噴射信号および充電期間信号が「H」になると(t1 )、コントローラ212は、第1のスイッチング素子(以下、適宜、充電スイッチという)35のオン期間とオフ期間とを次のように設定し、充電スイッチ35に制御信号を出力する。すなわち、充電スイッチ35をオンして、コンデンサ32を供給元とする第1の種類の通電経路である第1の通電経路33aに漸増する充電電流を流す(図5(A))。オン期間は一定に設定される。充電スイッチ35がオフすると、この時、インダクタ34に発生する逆起電力は第2の寄生ダイオード361に対して順バイアスであるから、インダクタ34に蓄積されたエネルギーにより、コンデンサ32を供給元とする第2の種類の通電経路である第2の通電経路33bに漸減するフライホイール電流が流れ、ピエゾスタック127Aの充電が進行する(図5(B))。充電電流が予め略0に設定したしきい値(以下、適宜、0Aしきい値という)になると、オフ期間を終了して再び充電スイッチ35をオンしてオン期間に入り、これを繰り返す(多重スイッチング方式)。充電電流(b点での信号)は略三角形状の波形で流れ、ピエゾスタック127Aの両端子間電圧(aでの信号)は階段状に上昇する。
【0060】
そして、充電期間信号が「L」になると(t3 )、充電スイッチ35への制御信号は強制的に立ち下がり、充電スイッチ35をオフに固定する。これで充電は完了となる。ピエゾスタック127Aが充電により伸長して変位拡大室113を介してボール123を押圧しリフトせしめる。
【0061】
なお、オン期間の長さを一定とする本ピエゾアクチュエータ駆動回路211の方式は、ピエゾスタック127A〜127Dへのエネルギーの投入速度が一定で直線性がよく、しかも、充電期間の長さが同じであれば、ピエゾスタック127A〜127Dの容量が変化しても、ピエゾスタック127A〜127Dへの投入エネルギー量を略一定にすることができるという特徴を有している。
【0062】
また、噴射信号が「L」になると(t5 )、ピエゾスタック127Aを放電してコンデンサ32に回収する。すなわち、第2のスイッチング素子(以下、適宜、放電スイッチという)36のオン期間とオフ期間とを次のように設定し、放電スイッチ36に制御信号を出力する。すなわち、放電スイッチ36をオンして、ピエゾスタック127Aを供給元とする第2の種類の通電経路である第2の通電経路33bに漸増する放電電流を流す(図6(A))。放電電流が予め設定したしきい値(以下、上限電流しきい値という)になると、放電スイッチ36をオフしてオフ期間に入る。この時、インダクタ34に大きな逆起電力が発生し、インダクタ34に蓄積されたエネルギーにより、フライホイール電流を、ピエゾスタック127Aを供給元とする第1の種類の通電経路である第1の通電経路33aに流し、コンデンサ32にエネルギーを回収する(図6(B))。放電電流が0Aしきい値になると再び放電スイッチ36をオンして、これを繰り返す。
【0063】
そして、ピエゾスタック電圧が略0に予め設定したしきい値(以下、適宜、0Vしきい値という)に達すると(t8 )放電スイッチ36をオフに固定し、ピエゾスタック127Aの放電は完了となる。ピエゾスタック127Aの電荷はコンデンサ32に回収されることになる。そして、このようにピエゾスタック127Aを放電することで、ピエゾスタック127Aが縮小して変位拡大室113の燃料圧力によるボール123への押圧力が解除されてボール123が着座する。
【0064】
続いて所定のクランク角のときに噴射信号および充電期間信号が再び「H」になるとともに、第2の気筒を指示する気筒選択信号が「H」になって(t1')、ピエゾスタック127Bについて、第1、第2の通電経路33a,33bが形成される。第3、第4気筒についても同様に順次、ピエゾスタック127C,127Dの充電と放電とがなされる。
【0065】
次に、コントローラ212のうち、充放電回路部211の異常を検出し、ECU22に異常判定信号IJF1,IJF2を出力する回路部分について説明する。図7に異常判定信号IJF1および放電禁止信号を生成する回路部分を示し、図8にその作動状態を示す。前記回路部分には、前記噴射信号の他、充電電圧、タイマしきい値、過電圧しきい値、容量大しきい値が入力している。なお、以下の説明において、選択気筒が第1気筒であるものとして説明する。すなわち、選択スイッチ37A〜37Dのうち、選択スイッチ37Aがオンするものとして説明する。
【0066】
充電電圧はa点で検出される、インダクタ34のピエゾスタック127A側の端子の電圧である。
【0067】
タイマしきい値は後述する時間t4 の経過を判定するための電圧信号である。
【0068】
過電圧しきい値、容量大しきい値はともに、充電電圧と比較されて充電電圧の大きさを判定する電圧異常判定しきい値である。過電圧判定しきい値は実質的にコンデンサ32の電圧とみなせる電圧に相当する大きさの電圧信号である。容量大しきい値は、充放電回路部211側からみたピエゾスタック127Aの容量に異常が生じて充電電圧が不足したときにこれを検出するためのしきい値である。本実施形態のように、ピエゾスタック電圧の大きさによらないで充電終了を判断するものでは、ピエゾスタック127Aの容量の増大で充電電圧が低下するからである。
【0069】
充電電圧は、スイッチ52で選択された過電圧しきい値若しくは容量大しきい値と比較器53で比較される。スイッチ52は比較器51の出力で切り換え制御されるようになっている。比較器51には、噴射信号の立ち上がりからの経過時間をカウントするタイマー回路50の出力信号とタイマしきい値とが入力し、前記経過時間がt4 を越えると比較器51の出力が「L」となって、過電圧しきい値から容量大しきい値に切り換わる。
【0070】
充電電圧が電圧異常判定しきい値よりも大きいか否かを判定する前記比較器53の出力と、前記経過時間がt4 を越えると出力が「L」となる前記比較器51の出力とはANDゲート54を介してSRフリップフロップ56に入力している。
【0071】
このSRフリップフロップ56は、R入力として前記比較器53の出力がNOTゲート55で反転されて入力している。SRフリップフロップ56のQ出力は放電禁止信号としてある。正常時には「L」をとるものであり、噴射信号の入力からt4 までの期間に充電電圧が過電圧しきい値を越えたときのみ「H」となって、充電電圧が過昇したことが知られる。充電電圧が低下して前記比較器53の出力が「L」になれば放電禁止信号は「L」となる。放電禁止信号が「H」になると、ECU22は放電を禁止する。この理由については後述する。
【0072】
一方、Dフリップフロップ70は、CK入力として噴射信号がNOTゲート58で反転されて入力し、また、CL入力として噴射信号の立ち上がりエッジを検出する立ち上がりエッジ検出回路59からの出力が入力している。前記SRフリップフロップ56の反転出力と前記比較器53の出力とがANDゲート57に入力し、ANDゲート57の出力がDフリップフロップ70のD入力となっている。したがって、放電開始までの間、充電電圧が容量大のしきい値を上回っていれば、噴射信号の立ち下がりでIJF1信号は「H」となって、次に噴射信号が立ち上がりDフリップフロップ70がクリアされるまで保持される。一方、ピエゾスタック127Aが充電時に電圧が上昇しなかった場合や、充電保持期間(充電期間信号が「L」になって(t3 )から噴射信号が「L」になる(t5 )までの間)に充電電圧が低下して、容量大しきい値を下回っていれば、IJF1信号は「L」のままである。また、ピエゾスタック127Aが充電時に電圧が過電圧となった場合にもIJF1信号は「L」のままである。
【0073】
図9に、コントローラ212のうち、異常判定フラグIJF2を出力する回路部分を示し、図10にその作動状態を示す。前記回路部分には、前記噴射信号、充電電圧およびマスク信号の他、充電電流、通電開始しきい値、過電流しきい値、0Vしきい値が入力している。
【0074】
充電電流はb点の電圧として知られる信号である。
【0075】
マスク信号は、噴射信号の立ち上がりすなわちピエゾスタック127Aの充電開始から、実質的に最初の充電スイッチ35のオン期間に続くオフ期間が終了するまで、「H」値をとるものであり、これを生成する回路については後述する。
【0076】
通電開始しきい値は、充電電流と比較されて充電電流の大きさを判定するもので、0よりもやや高めに設定され、充電スイッチがオンし充電電流が漸増を開始したか否かを確認するための電圧信号である。
【0077】
過電流しきい値は、通電経路33a,33bに過電流が流れたか否かを判定するためのもので、充電スイッチ35の最初のオン期間において到達する電流値として過大な値を判定し得る値に設定される。
【0078】
0Vしきい値は充電電圧と比較されて充電電圧の大きさを判定するもので、0Vよりもやや高めに設定され、放電が完了したか否かを確認するための電圧信号である。
【0079】
通電開始しきい値と充電電流とは比較器60で比較され、ANDゲート67に入力する。比較器60の出力は、充電電流が通電開始しきい値を越えると、「H」となる。
【0080】
また、充電電流と過電流しきい値とが比較器61で比較され、その出力はORゲート65に入力する。充電電流が過電流しきい値を越えない正常時には比較器61の出力は「L」である。ORゲート65には比較器61の出力とともに、前記噴射信号がNORゲート64を介して入力しており、噴射信号が「H」の間は、充電電流が過電流しきい値を越えない限り、ORゲート65の出力は「L」である。ORゲート65の出力はSRフリップフロップ68にR入力として入力している。
【0081】
ORゲート65の出力はまた、NOTゲート66で反転されて、通電開始しきい値が充電電流よりも小さいか否かを判定する比較器60の出力とともに、前記ANDゲート67に入力している。ANDゲート67の出力は、噴射信号が「H」になった後、充電電流が通電開始しきい値を越えると、立ち上がり、SRフリップフロップ68の反転出力が「L」になる。反転出力の状態は少なくとも噴射信号が「L」になるまで保持される。なお、充電スイッチ35のオフ期間の最後に充電電流が再び通電開始しきい値を下回ると、ANDゲート67の出力は再び「L」になる。
【0082】
また、噴射信号が「L」になった後は、NORゲート64のもう一つの入力により、SRフリップフロップ68のR入力およびS入力が決定されることになる。NORゲート64のもう一つの入力として、充電電圧と0Vしきい値とを比較する比較器62の出力が、NOTゲート63で反転されて入力しており、充電電圧が0Vしきい値を下回ると、NORゲート64のもう一つの入力は「L」となる。したがって、充電電圧が0Vしきい値を上回っている間は、NORゲート64の出力が「L」で、噴射信号が「L」になる前と同じ状態で推移し、充電電圧が0Vしきい値を下回ると、NORゲート64の出力が「H」となって、SRフリップフロップ68のR入力を「H」にする。これにより、SRフリップフロップの反転出力が「H」となる。
【0083】
そして、SRフリップフロップ68の反転出力と、前記マスク信号とがORゲート69に入力して、その出力が異常判定信号IJF2となる。噴射信号が「L」になってから異常判定信号IJF2が「H」に切り換わるのは、充電電圧が0Vしきい値を下回ってから、すなわち、実質的にピエゾスタック127Aが放電仕切った時点であり、ピエゾスタック127Aの放電完了時期により、遅くなったり早くなったりすることになる。
【0084】
なお、充電電流が通電開始しきい値を越えてSRフリップフロップ68の反転出力が「L」になった後、充電電流がさらに上昇し、充電電流が過電流しきい値を越えてしまうと、ORゲート65の出力が「H」になり、SRフリップフロップ68の反転出力は「H」に戻ってしまう。なお、以下の説明において、SRフリップフロップ68を、適宜、故障判定F/F68という。
【0085】
次に、図11に、コントローラ212のうち、前記マスク信号を出力する回路部分を示し、図12にその作動状態を示す。前記回路部分には、前記充電電流、通電開始しきい値および噴射信号が入力している。
【0086】
充電電流と通電開始しきい値とが比較器71で比較され、充電電流が通電開始しきい値を越えると、比較器71の出力は「H」となる。比較器71の出力はANDゲート72に入力している。ANDゲート72の出力は第1のDフリップフロップ73にCK入力として入力している。第1のDフリップフロップ73は第2のDフリップフロップ74とともに2ビットのカウンタを構成している。上位ビットの第2のDフリップフロップ74の反転出力が前記ANDゲート72のもう一つの入力となっている。したがってカウント値が「2」になるまでは、ANDゲート72の出力は比較器71の出力である。
【0087】
第2のDフリップフロップ74の反転出力と噴射信号とを入力としてANDゲート75が設けられ、その出力がマスク信号となっている。
【0088】
また、噴射信号は、NOTゲート76で反転されて、Dフリップフロップ73,75にCL入力として入力しており、噴射信号が立ち下がると、Dフリップフロップ73,74がクリアされる。
【0089】
しかして、噴射信号が「H」になって充電電流が漸増と漸減とを繰り返すと、充電電流が通電開始しきい値を越えるごとに、それが第1、第2のDフリップフロップ73,74でカウントされる。最初は、第2のDフリップフロップ74の反転出力が「H」で、噴射信号も「H」であるから、マスク信号は「H」でスタートする。
【0090】
充電電流が2回目に通電開始しきい値を越えた時点で、第2のDフリップフロップ74の反転出力が「L」になって、マスク信号も「L」になる。
【0091】
そして、ANDゲート72には第2のDフリップフロップ75の反転出力が入力しているので、以降、カウントはなされず、マスク信号は「L」に固定される。
【0092】
したがって、マスク信号は、噴射信号の立ち上がりから充電スイッチ35の2回目のオンにより充電電流が通電開始しきい値を越えるまでの期間、「H」値をとるものである。なお、充電スイッチ35が2回目にオンされなければ、マスク信号は噴射信号が再び「L」になるまで「H」のまま推移する。
【0093】
ECU22では、異常判定信号IJF1,IJF2に基づいて異常の有無を判定する。図13に正常時の作動状態を示し、図14、図15、図16、図17に異常発生時の作動状態を示す。
【0094】
正常時の作動状態を示す図13において、ピエゾスタック127Aの充電の進行とともに充電電圧が上昇するが、過電圧しきい値を越えることなく適正な電圧値に達し充電を完了する。したがって、電圧異常判定しきい値が容量大しきい値に切り換わるt4 になると、電圧レベル判定(X)は「H」に立ち上がる。これは噴射信号が「L」になるt5 を過ぎても維持されるので、異常判定信号IJF1はt5 の時点で「H」になる。
【0095】
一方、噴射信号が「L」になることにより、ピエゾスタック127Aの放電が開始されて、ピエゾスタック127Aの電荷がコンデンサ32に回収されていき、充電電圧が低下する。しかして、充電電圧が0Vしきい値を下回るt8 になると、故障判定F/F68が「H」になって、異常判定信号IJF2が「H」になる。異常判定信号IJF2が「L」から「H」に切り換わると放電が完了したことになる。
【0096】
ここで、ピエゾスタック127Aの充電と放電とが適正になされるときのt8 の範囲を予め求めておけば、この範囲を外れて放電完了が早すぎるとみなせるt7 と、範囲を外れて放電完了が遅すぎるとみなせるt9 とを設定し得る。なお、ピエゾスタック127Aの放電は噴射信号が「L」になるとともに開始されるから、t7 ,t9 は噴射信号が「L」になるt5 を基準に設定する。ECU22にはエンジン油温等の温度情報が入力しているから、これに基づいてt7 ,t9 が設定されるようにしてもよい。
【0097】
ECU22では、異常判定信号IJF2がt7 の時点で「L」でt9 の時点で「H」であれば正常と判断する。また、異常判定信号IJF2がt7 の時点で「H」であるか、t9 の時点で「L」であれば異常と判断する。正常時を示す図13の場合、t7 の時点で「L」でt9 の時点で「H」となっている。
【0098】
異常発生の場合の具体例について説明する。図14、図15は充放電回路部211またはピエゾスタック127A〜127Dの短絡のうち、充電スイッチ35のオン故障時のものである。なお、図15は図14を拡大したものである。噴射信号が「H」になり、充電スイッチ35のオン期間となるが、オン期間が終了して充電スイッチ35の制御信号は「L」になっても、充電スイッチ35がオン故障していると、充電電流は流れ続け、さらに上昇していく。そして、これが過電流しきい値を越えると、第1気筒の選択スイッチ37Aをオフする。これにより、充電スイッチ35がオン故障していても通電経路33a,33bがピエゾスタック127Aと遮断されるので、充電が停止する。遮断されなければ図中、破線で示すように充電電流が上昇し続けることになり、かかる事態を、選択スイッチ37Aをオフすることで確実に防止することができる。なお、第1気筒の選択スイッチ37Aのオフとともに充電スイッチ35の2回目以降の制御信号の出力を中止する。
【0099】
充電電流が過電流しきい値を越えることで、故障判定F/F68が「H」になる。これにより、t7 の時点で、ECU22はピエゾスタック127Aの充電時に過電流が流れる異常が発生したことを知ることができる。
【0100】
過電流が流れる異常が発生する場合としては、この充電スイッチ35のオン故障の他、インダクタ34の一部若しくは全部の短絡故障、ピエゾスタック127Aの両端子間での短絡等が考えられ、かかる場合にも検出可能である。
【0101】
また、インダクタ34の一部短絡等の場合はその第1回目のオンだけでピエゾスタック127Aの充電電圧が大きく上昇することはないから、放電スイッチ36のオンオフによる通常の放電作動で、ピエゾスタック127Aの残存電荷をコンデンサ32に回収するのは問題がない。しかし、充電スイッチ35がオン故障の場合には、放電スイッチ36のオンによりコンデンサ32〜充電スイッチ35〜放電スイッチ36〜抵抗器38c〜接地という閉回路が形成される。抵抗器38cは放電電流検出用で抵抗値はごく小さいからコンデンサ32が両端子間で短絡することになる。
【0102】
さて、充電スイッチ35がオン故障の場合には、選択スイッチ37Aのオフにより、a点で検出されるインダクタ34のピエゾスタック127A側の端子の電圧は、略コンデンサ32の電圧になり、t4 までの電圧異常判定しきい値である過電圧しきい値を越える。これにより、前記放電禁止信号は「H」となり、IJF1は「L」のまま保持される。
【0103】
コントローラ212は、短絡故障と判断されて充電を中止した場合において、放電禁止信号が「L」であれば、放電スイッチ36をオンオフさせてピエゾスタック127Aの残存電荷をコンデンサ32に回収する。
【0104】
一方、放電禁止信号が「H」であれば、充電スイッチ35がオン故障の蓋然性が高いから、DC−DCコンバータ31の作動を停止してバッテリ30からコンデンサ32への充電を禁止する。また、非常用放電スイッチ43をオンする。これにより、抵抗器44の適当な時定数のもとで電流が制限されて、ピエゾスタック127Aおよびコンデンサ32の接地側への放出を行うことができる。これにより、異常発生状態でピエゾスタック127Aおよびコンデンサ32に電荷が蓄えられたままになるのを回避することができる。また、選択スイッチ37Aをオフするまでの間にピエゾスタック127Aに充電されているので、インジェクタ1は開弁状態すなわち噴射状態になっていることもあるが、この状態をも速やかに解消することができる。
【0105】
なお、通常、インジェクタ1には、変位拡大室113からの燃料の自然リークを利用した機械的なフェールセーフ機能を発揮するようになっており、長時間、開弁状態のままであることはないので、その間の燃料噴射を許容することができれば、非常用放電スイッチ43は修理工場等で手動で行う構成としてもよいのは勿論である。
【0106】
なお、放電禁止信号はa点で検出される充電電圧が電圧異常しきい値を越えると「H」となるものであるが、正常な状態では、マスク信号が充電スイッチ35の2回目のオンにより「L」になる(図13参照)ので、正常時にはt4 以降、充電電圧が電圧異常しきい値を越えていても放電禁止信号が「H」になることはない。
【0107】
図16は充放電回路部211またはピエゾスタック127Aの短絡のうち、ピエゾスタック127Aの圧電セラミック層の一部短絡時のものである。ピエゾスタック127Aの充電が正常になされても、かかる圧電セラミック層の一部短絡により、充電期間終了(t3 )後に、ピエゾスタック127Aから電荷がリークし充電電圧が漸次、低下する。
【0108】
したがって、ピエゾスタック127Aにおける放電開始時(t5 )の残存電荷は正常時よりも少なく、放電スイッチ36がオンオフ作動する放電期間も短くなる。これにより、t7 の時点で既に異常判定信号IJF2は「H」となり、IJF1は「L」のままである。これにより、ECU22はピエゾスタック127Aの故障を知ることができる。
【0109】
図17は充放電回路部211若しくはピエゾスタック127A〜127Dの短絡のうち、選択スイッチ37A〜37Dのオン故障等で、複数のピエゾスタックが同時通電状態となる(以下、2気筒同時通電という)場合のものである。以下の説明において、第1の気筒に対応するピエゾスタック127Aの充電時に、第2の気筒に対応する選択スイッチ37Bがオン故障となっているとして説明するが、他の組み合わせでも実質的に同じである。2気筒同時通電の場合は、充放電回路部211側からみたピエゾスタック127Aの容量が大きくなるので、充電速度が低下する。充電量を充電期間の長さで制御する本実施形態の場合は、ピエゾスタック127Aの充電電圧が所定の電圧範囲に入らず、不足することになる。
【0110】
したがって、電圧異常しきい値が容量大しきい値に切り換わるt4 において、Dフリップフロップ57のD入力が「L」になる。このため、噴射信号が「L」になるt5 を過ぎても、異常判定信号IJF1は「L」のままである。これにより、ECU22は2気筒同時通電と判断することができる。但し、ECU22はエンジン油温等のエンジンを代表する温度が予め設定したしきい値等と比較して高ければ、2気筒同時通電か否かの判断はしない。
【0111】
この理由について説明する。ピエゾスタックを含む容量性素子は一般に温度に対して容量が大きく変動する。図18はインジェクタに用いられるピエゾスタックについて容量の温度依存性を、ディーゼルエンジンを搭載した自動車が予定する温度範囲内で調査した一例を示すもので、低温のときと高温のときとで容量が2倍から3倍、異なる。
【0112】
このため、前記のごとく異常判定信号IJF1が「L」でも、2気筒同時通電によるものか温度上昇による容量の増大かを区別することができない。そこで、温度が予め設定したしきい値等と比較して高温と判断されれば、2気筒同時通電か否かの判断はしないこととしている。
【0113】
勿論、ピエゾスタックの温度環境が一定の範囲内となるようにピエゾスタック127A〜127Dについて放熱等の手段が講じてあれば、異常判定信号IJF1が「L」のときに、無条件に2気筒同時通電と判断するのもよい。
【0114】
なお、充電速度とともに放電速度も遅くなるので、充電電圧が低くとも放電完了時期はさほど速くはならず、図例のごとく、正常時と同等の時期に放電が完了する。このため、異常判定信号IJF2は正常時と変わらない。
【0115】
なお、前記異常判定信号IJF1による判定は、前記ピエゾスタック127A〜127Dの圧電セラミック層の一部短絡にも応用することができる。すなわち、電圧異常しきい値が容量大しきい値に切り換わるt4 以後、噴射信号が「L」になる前に充電電圧が電圧異常しきい値を下回ると、この場合も、異常判定信号IJF1は「L」のままであることから、t4 以後の電圧異常しきい値のとり方によって、ピエゾスタック127A〜127Dの圧電セラミック層の一部短絡を検出することができる。この場合、ピエゾスタック127A〜127Dの圧電セラミック層の一部短絡と、2気筒同時通電との区別は、異常判定信号IJF2が、ピエゾスタック127A〜127Dの圧電セラミック層の一部短絡時にはt7 において「L」であるのに対して、2気筒同時通電の場合にはt7 において「H」であることから行うのがよい。
【0116】
なお、本実施形態は、充電スイッチ35のオン期間の長さを一定にして行うものについて説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、充電スイッチのオン期間において充電電流が所定の上限値に達したか否かを検出し、達したらオフ期間に入る方式の充電制御のものにも適用することができる。
【0117】
(第2実施形態)
図19に本発明の第2実施形態になるピエゾアクチュエータ駆動回路を示す。本実施形態は、第1実施形態の構成において、コントローラおよびECUを代えたもので、燃料噴射の高精度化を図っている。第1実施形態と実質的に同じ部分には同じ番号を付して説明する。コントローラ212A、ECU22Aは基本的な構成は第1実施形態と同じものである。コントローラ212Aはマスク信号を発生する回路部分(図11)の、第1のDフリップフロップ73の出力が第1回通電時間計測信号Tone として、ECU22Aに入力するようになっている。
【0118】
第1回通電時間計測信号Tone となる前記第1のDフリップフロップ73の出力は、充電スイッチ35の1回目のオンで充電電流が通電開始しきい値を越えてから、充電スイッチ35の2回目のオンで充電電流が通電開始しきい値を越えるまでの間、「H」となる信号である。通電開始しきい値は前記のごとく略0であるから、その長さは、実質的に、最初の充電スイッチ35のオン期間とそれに続くオフ期間の合計時間であり、充電スイッチ35がオンしてから充電電流が予め設定した所定の電流値である通電開始しきい値になるまでの時間である。
【0119】
第1回通電時間計測信号Tone は次の性質を有している。前記のごとくピエゾスタック127A〜127Dの充電は充電スイッチ35のオン期間の長さを一定にして行っているので、充電スイッチ35のオン期間の間に到達する充電電流の大きさは充放電回路部211の定数で決定される。充放電回路部211を構成する部材のうち、ピエゾスタック127A〜127Dを構成部品とするインジェクタ1は、エンジンヘッドに取り付けられることから最も過酷な温度環境におかれる。このため、ピエゾスタック127A〜127Dの容量が温度の影響を受けて大きく変動する。
【0120】
図20に示すように、充電スイッチ35のオン期間に到達する充電電流が大きければ、オフ期間の長さが長くなるから、ピエゾスタック127A〜127Dの容量が異なると、前記第1回通電時間計測信号Tone が変化してくる。したがって、前記第1回通電時間計測信号Tone によってインジェクタ1の温度変動が知られる。図21はピエゾスタック127と第1回通電時間計測信号Tone との関係の一例である。
【0121】
ECU22Aにおいては、第1回通電時間計測信号Tone の立ち上がりでカウントを開始するタイマを設けて、第1回通電時間計測信号Tone の立ち下がりまでの時間を求め、これを第1回通電時間計測信号Tone の長さとする。
【0122】
ピエゾスタック127はインジェクタ1の構成部品であるから、その容量に基づいて得られる温度情報は、エンジン油温等によるよりも正確にインジェクタ1の温度が反映する。したがって、センサを別途設けることなく、質の高いインジェクタ1の温度情報を得ることができる。
【0123】
この温度情報としての第1回通電時間計測信号Tone の長さは、ECU22Aにおいて、燃料の噴射時期および噴射量の補正に供される。具体的には、第1回通電時間計測信号Tone の長さに応じて、前記噴射信号の出力時期および長さを補正する。
【0124】
これにより、温度変化によって、インジェクタ1のニードル121やピストン124,125といった可動部材の摺動抵抗や、インジェクタ1内の燃料の粘性等が変化し、ボール123やニードル121の作動特性に影響を与えても、その影響が燃料の噴射時期や噴射量に及ばないようにすることができる。
【0125】
ここで、電流の経時プロファイルの指標として、ピエゾスタック127A〜127Dの充電開始直後に所定の電流値(実施形態では略0A)をとるまでの時間を計測するようにしているので、実施が容易である。
【0126】
なお、補正量は、予め実験等に基づいて得たマップを作成し、これをECU22AのROMに記憶しておくのがよい。
【0127】
また、第1回通電時間計測信号Tone は充電スイッチ35のオン期間およびオフ期間に対応するが、例えば、オフ期間だけに対応した信号でもよい。
【0128】
また、本発明のピエゾアクチュエータ駆動回路は燃料噴射装置に限らず、種々の装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した燃料噴射装置のインジェクタに搭載されたピエゾアクチュエータを駆動する本発明のピエゾアクチュエータ駆動回路の回路図である。
【図2】前記燃料噴射装置の全体構成図である。
【図3】前記燃料噴射装置のインジェクタを中心とする構成図である。
【図4】前記ピエゾアクチュエータ駆動回路の作動状態を示す第1のタイミングチャートである。
【図5】(A)、(B)はそれぞれ、前記ピエゾアクチュエータを構成するピエゾスタックの充電時における、前記ピエゾアクチュエータ駆動回路の作動状態を示す図である。
【図6】(A)、(B)はそれぞれ、前記ピエゾアクチュエータを構成するピエゾスタックの放電時における、前記ピエゾアクチュエータ駆動回路の作動状態を示す図である。
【図7】前記ピエゾアクチュエータ駆動回路の第1の回路部分の回路図である。
【図8】前記回路部分の作動状態を示すタイミングチャートである。
【図9】前記ピエゾアクチュエータ駆動回路の第2の回路部分の回路図である。
【図10】前記回路部分の作動状態を示すタイミングチャートである。
【図11】前記ピエゾアクチュエータ駆動回路の第3の回路部分の回路図である。
【図12】前記回路部分の作動状態を示すタイミングチャートである。
【図13】前記ピエゾアクチュエータ駆動回路の作動状態を示す第2のタイミングチャートである。
【図14】前記ピエゾアクチュエータ駆動回路の作動状態を示す第3のタイミングチャートである。
【図15】前記ピエゾアクチュエータ駆動回路の作動状態を示す第4のタイミングチャートである。
【図16】前記図15の一部の拡大図である。
【図17】前記ピエゾアクチュエータ駆動回路の作動状態を示す第5のタイミングチャートである。
【図18】前記ピエゾアクチュエータ駆動回路の作動を説明するグラフである。
【図19】本発明を適用した第2の燃料噴射装置の全体構成図である。
【図20】前記燃料噴射装置を構成するピエゾアクチュエータ駆動回路の作動を説明する図である。
【図21】前記ピエゾアクチュエータ駆動回路の作動を説明するグラフである。
【符号の説明】
1 インジェクタ
1a ノズル部
1b 背圧制御部
1c ピエゾアクチュエータ
103 噴孔
121 ニードル
127,127A,127B,127C,127D ピエゾスタック
21,21A ピエゾアクチュエータ駆動回路
211 充放電回路部
212,212A コントローラ(制御手段)
22,22A ECU(指令手段)
30 バッテリ
31 DC−DCコンバータ(電源部)
32 コンデンサ
33a 通電経路
33b 通電経路
34 インダクタ
35 充電スイッチ(スイッチング素子)
36 放電スイッチ(スイッチング素子)
37A,37B,37C,37D 選択スイッチ
381a,382a 抵抗器(電圧検出手段)
38b,38c 抵抗器(電流検出手段)
41A,41B,41C,41D 抵抗器
42 非常放電用経路
43 非常放電用スイッチ
44 抵抗器
45 ダイオード
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric actuator drive circuit and a fuel injection device.
[0002]
[Prior art]
The piezo actuator uses a piezoelectric action of a piezoelectric material such as PZT, and is applied to, for example, a fuel injection device of an internal combustion engine and used as a means for switching between fuel injection and its stop in a fuel injection injector. Things are known. The piezo actuator is discharged when the piezo stack, which is a capacitive element, expands by charging and contracts. This is an actuator that is energized only when the piezo stack is extended and contracted.
[0003]
The drive circuit of the piezo actuator moves a charge between the capacitor for storing the charge for charging the piezo stack and the capacitor and the piezo stack through one of the supply sources via the current limiting inductor. And an energization path. In the fuel injection device, for example, the fuel injection is started by charging the piezo stack from the capacitor, the charge is recovered from the piezo stack to the capacitor at a predetermined timing, and the fuel injection is stopped. Accordingly, during fuel injection, the piezo stack and the capacitor are in a non-conductive state. Conventionally, unlike the solenoid type used for injector opening / closing control, the energized state of the solenoid is maintained by continuing energization to the solenoid, and during that time, the injection is possible. .
[0004]
As a configuration of a piezo actuator drive circuit, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-157472 has a configuration in which an LC resonance circuit is formed by a capacitor, a piezo stack, and an inductor (LC resonance method).
[0005]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-308542 discloses a first type energization path through which a current that gradually increases in the inductor during an on period of the switching element when the switching element is repeatedly turned on and off. There is also a configuration in which a second type energization path through which a gradually decreasing current flows in the inductor during the off period is formed (multiple switching method). The LC resonance type simply exchanges energy (charge) by simply oscillating the current and voltage behavior determined by the circuit constants, while the multiple switching type has the control of the switching element. The amount of charge of the piezo stack is flexible, and there is a possibility that the piezo actuator can be applied to various uses.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in comparison with the LC resonance method, in which all charges are discharged and received between the piezo stack and the capacitor, the multiple switching method has a sufficient amount of charge stored in the capacitor. It is necessary to supply only the piezoelectric stack to the piezo stack, and the configuration and control contents of the piezo actuator drive circuit are complicated.
[0007]
For this reason, a more practical value is required for the piezoelectric actuator drive circuit. For example, in the case of the LC resonance type, even if the switch that opens and closes the energization path after charging or discharging starts and becomes uncontrollable (ON failure), the piezo actuator drive circuit and the piezo stack are particularly damaged. In contrast to the switching type, the behavior of the current and voltage differs depending on the switching element on / off state, so if the switching element may not operate as commanded, the piezo actuator drive circuit and piezo stack However, there is nothing that can perform failure detection with a simple configuration.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a piezoelectric actuator driving circuit having high practical value.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  According to the first aspect of the present invention, the electric charge is transferred through the inductor by using a capacitor that stores energy for driving the piezo stack mounted on the piezo actuator and one of the capacitors and the piezo stack as a supply source. A first energization path through which an increasing current flows in the inductor during the on period of the switching element, and an off period of the switching element. A piezoelectric actuator driving circuit in which a second type of energization path through which a gradually decreasing current flows is formed in the inductor, and the piezo stack is charged and discharged by a control unit that controls the switching element;
  Providing a current detection means for detecting a current flowing in the energization path;
  The control means is set so that a short-circuit failure is determined when the current detected by the current detection means exceeds a preset threshold value.
  Furthermore, provided on the piezo stack side with respect to the switching element, a voltage detection means for detecting the voltage of the energization path,
  When the control means determines that the short-circuit fault has occurred and the voltage detected when the switching element is off is a first determination condition that is not more than a preset threshold value, Charge collection for collecting the charge in the capacitor using the piezo stack as a source is allowed, and the charge collection is set to be prohibited when the detected voltage is a second determination condition equal to or higher than a preset threshold value.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  Unlike the LC resonance type, the current flowing through the energization path becomes an overcurrent due to an on-failure in which the switching element that opens and closes the energization path becomes uncontrollable while the switching element is in an on state or a short circuit of part or all of the inductor. For example, this may cause excessive charging of the piezo stack, resulting in an excessive increase in the voltage between both terminals of the piezo stack. Therefore, by monitoring the current flowing through the energization path, it is possible to quickly know the occurrence of a failure. This improves the practicality.
  When the short-circuit fault is determined, the higher the voltage of the energization path on the piezo stack side than the switching element, the more the short-circuit fault mode is the on-failure of the switching element or the short-circuit fault of the inductor. The probability is high. In this case, if normal charge recovery from the piezo stack to the capacitor is performed, the capacitor and the inductor are in conduction due to the ON failure of the switching element, or the inductor does not act to limit the current. Therefore, when a current that gradually increases through the current path from the piezo stack to the inductor to the ground is supplied from the piezo stack as a supply source, the terminal on the non-ground side of the capacitor is grounded, and the capacitor is connected between both terminals. There is a risk of short circuit. Alternatively, if the inductor is short-circuited, the piezo stack is short-circuited. In the present invention, if the detection voltage is equal to or higher than the threshold value, normal charge recovery is not performed, and thus it is possible to prevent such a short circuit of the capacitor or the piezo stack.
[0011]
According to a second aspect of the invention, in the configuration of the first aspect of the invention, as the piezo stack, a plurality of piezo stacks can be connected with a common energization path, and the selection switch controlled by the control means A piezo stack connected to the energization path can be selected from a plurality of piezo stacks,
If it is determined that the short-circuit failure has occurred, the control unit is set to turn off the selection switch and open the energization path.
[0012]
Simply, charging and discharging can be stopped to prevent damage to the piezo actuator drive circuit and the piezo stack.
[0015]
  Claim3In the described invention, the claims1 or 2In the configuration of the invention, the threshold value of the detection voltage is substantially set to a voltage between both terminals of the capacitor,
  When the second determination condition is satisfied when the switching element is off, the control means is set so that the failure mode is determined as an on-failure of the switching element.
[0016]
If a short-circuit failure is determined, the switching element in the energization path with the capacitor as the source is turned off as a countermeasure, but the detected voltage still reaches the voltage between both terminals of the capacitor. This is the case. Therefore, by setting the threshold value of the detection voltage to approximately the voltage between both terminals of the capacitor, the failure mode can be specified as an ON failure of the switching element.
[0017]
  Claim4In the described invention, the claims1 to 3In the configuration of the invention, an emergency discharge path for discharging the electric charge of the capacitor through the inductor and bypassing the piezo stack to the ground side is formed, and the emergency discharge path includes the emergency discharge path. An emergency discharge switch that opens and closes the path is provided.
[0018]
As described above, even in the case of a short circuit failure in which normal charge recovery is impossible, the charge can be discharged to the ground side by turning on the emergency discharge switch. The emergency discharge switch may be configured to operate under the control of the control means, and after it is determined that a short-circuit failure has occurred, the charge may be automatically discharged at a predetermined timing, or may be operated at a repair shop or the like. As a precondition, manual operation may be used.
[0019]
  Claim5In the described invention, claims 1 to4In the configuration of the invention, the capacitor is charged by a power supply unit controlled by the control means,
  The control means is set so as to stop the operation of the power supply unit when it is determined that the short circuit failure has occurred.
[0020]
By preventing electric energy from being newly input to the capacitor, damage to the piezoelectric actuator drive circuit and the piezoelectric stack can be minimized.
[0021]
  Claim6In the described invention,In the configuration of the invention of claims 1 to 5,
  The voltage detection means detects the voltage of the non-ground side terminal of the piezo stack,
  The control means is set so as to determine that the piezo stack has failed when a voltage detected in a charge holding period after completion of charging of the piezo stack is smaller than a preset threshold value.
[0022]
If the piezo stack is normal, the voltage is substantially constant during the charge holding period after completion of charging. On the other hand, if the charge leaks due to a partial short circuit of the piezoelectric ceramic layer of the piezo stack, the voltage decreases. Therefore, the failure of the piezo stack is known from the voltage drop.
[0023]
  Claim7In the described invention, a capacitor that accumulates energy for driving a piezo stack mounted on a piezo actuator, and a current-carrying path that moves charge between the capacitor and the piezo stack via one of the supply sources, As the energization path, a first type of energization path through which a current that gradually increases in the inductor during the on period of the switching element flows by repeatedly turning on and off the switching element, and the inductor during the off period of the switching element. In a piezo actuator driving circuit in which a second type energization path through which a gradually decreasing current flows is formed and the piezo stack is charged and discharged by the control means for controlling the switching element,
  Providing a current detection means for detecting a current flowing in the energization path;
  The control means includesImmediately after starting to charge the piezo stack, measure the time until the detected current takes a predetermined current value set in advance,Means for detecting the apparent capacity of the piezo stack or the temperature of the piezo stack based on the measurement time.
[0024]
  The behavior of the current varies depending on the circuit constants of the piezo stack and the inductor, but particularly varies depending on the apparent capacity of the piezo stack. The apparent capacity of the piezo stack here is equivalent to E = (1/2) CV with the piezo stack equivalent to a capacitor.2It is C obtained from the relationship of (E: energy input to the piezo stack, C: apparent capacity of the piezo stack, V: voltage of the piezo stack) (hereinafter simply referred to as capacity). And the capacity is susceptible to temperature. Therefore, from the current profile over timeThe capacity of the piezo stack and the temperature of the piezo stack are known, and furthermore, the capacity abnormality of the piezo stack and the temperature abnormality of the piezo stack can be known based on the information.
[0025]
Here, as the index of the current aging profile, the time until a predetermined current value is obtained immediately after the start of charging of the piezo stack is measured, so that the implementation is easy.
[0026]
  Claim8In the described invention, an injector for operating a needle for opening and closing a nozzle hole for injecting fuel by a piezo actuator;
  As means for driving the piezo actuator,
  A capacitor that stores energy for driving the piezo stack mounted on the piezo actuator, and a current-carrying path that moves charge through an inductor with one of the capacitor and the piezo stack as a supply source, By repeating ON / OFF of the switching element as the energization path, a first type energization path through which a current that gradually increases in the inductor during the ON period of the switching element and a current that gradually decreases in the inductor during the OFF period of the switching element flow. A piezo actuator driving circuit in which a second type of energization path is formed and the piezo stack is charged and discharged by a control means for controlling the switching element;
  A fuel injection device having command means for instructing the charging timing and the length of the charge holding period of the piezo stack corresponding to the fuel injection timing and the injection amount to the control means;
  In the piezoelectric actuator drive circuit,
  Providing a current detection means for detecting a current flowing in the energization path;
  The command means measures the time until the detected current takes a predetermined current value set in advance immediately after starting the charging of the piezo stack, and based on the measured time, the charging timing and the charging of the piezo stack Set to correct the length of the retention period.
[0027]
  The sliding resistance of the movable member constituting the injector is affected by the temperature change, and the operating characteristics of the injector change. On the other hand, as described above, the time until the detected current takes a predetermined current value that is set in advance varies depending on the temperature of the piezo stack, which can be regarded as the temperature of the injector, and is much higher than the injector temperature. Corresponding temperature information. Therefore, fuel injection can be performed with high accuracy by correcting the charging time of the piezo stack and the length of the charge holding period according to the measured time.
  According to the tenth aspect of the present invention, the electric charge is transferred through the inductor by using a capacitor for storing energy for driving the piezo stack mounted on the piezo actuator and one of the capacitor and the piezo stack as a supply source. A first energization path through which an increasing current flows in the inductor during the on period of the switching element, and an off period of the switching element. In the piezo actuator driving circuit in which a second type energization path through which a gradually decreasing current flows is formed in the inductor, and the piezo stack is charged and discharged by the control means for controlling the switching element,
  Provided with voltage detection means for detecting the voltage of the energization path on the piezo stack side than the switching element,
  The control means;Detected by the voltage detection meansCharging the piezo stackWhen the voltage exceeds a preset threshold,Set to determine that there is an overvoltage abnormality in the piezo stack.
  Thereby, it can be determined that the charging voltage has increased excessively.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 2 shows the configuration of a common rail fuel injection device for a diesel engine to which the present invention is applied. The number of injectors 1 corresponding to the number of cylinders of the diesel engine is provided corresponding to each cylinder (only one injector 1 is shown in the figure), and the fuel is supplied from a common common rail 26 communicated via a supply line 27. Fuel is injected from the injector 1 into the combustion chamber of each cylinder at an injection pressure substantially equal to the fuel pressure in the common rail 26 (hereinafter referred to as the common rail pressure). The fuel in the fuel tank 23 is pumped to the common rail 26 by a high pressure supply pump 25 and stored at a high pressure.
[0029]
The fuel supplied from the common rail 26 to the injector 1 is used not only for injection into the combustion chamber, but also as control hydraulic pressure of the injector 1 and returns to the fuel tank 23 from the injector 1 via the low-pressure drain line 28. It is supposed to be.
[0030]
A piezo actuator driving circuit 21 for driving the piezo actuators mounted on each injector 1 is provided. The piezo actuator drive circuit 21 is controlled by the ECU 22, and the injector 1 of the selected cylinder injects fuel. The ECU 22 is mainly composed of a microcomputer or the like, and controls each part of the fuel injection device in addition to the piezo actuator drive circuit 21. For example, a detection signal from a pressure sensor (not shown) provided on the common rail 26, for example. Based on the control, the metering valve 24 is controlled to adjust the amount of fuel pumped to the common rail 26 to adjust the common rail pressure. Further, the ECU 22 receives detection signals such as fuel temperature and engine oil temperature and various signals such as crank angle.
[0031]
FIG. 3 shows the structure of the injector 1. The injector 1 is a rod-like body, and is attached so that a lower portion in the drawing penetrates a combustion chamber wall (not shown) of the engine and protrudes into the combustion chamber. The injector 1 includes a nozzle portion 1a, a back pressure control portion 1b, and a piezo actuator 1c in order from the bottom.
[0032]
A needle 121 is slidably held at its rear end in a sleeve-like body 104 of the nozzle portion 1a, and the needle 121 is seated on or separated from an annular sheet 1041 formed at the tip of the nozzle body 104. . High pressure fuel is introduced from the common rail 54 into the outer peripheral space 105 at the tip of the needle 121 through the high pressure passage 101, and fuel is injected from the injection hole 103 when the needle 121 is lifted. Fuel pressure from the high-pressure passage 101 acts on the annular step surface 1211 of the needle 121 in the lift direction (upward).
[0033]
Fuel as control oil is introduced from the high-pressure passage 101 through the in-orifice 107 behind the needle 121, and a back pressure chamber 106 that generates the back pressure of the needle 121 is formed. This back pressure acts on the rear end surface 1212 of the needle 121 together with the spring 122 disposed in the back pressure chamber 106 in the seating direction (downward).
[0034]
The back pressure is increased or decreased by a back pressure control unit 1 b, and the back pressure control unit 1 b is driven by a piezo actuator 1 c including the piezo stack 127.
[0035]
The back pressure chamber 106 is always in communication with the valve chamber 110 of the back pressure control unit 1b through an out orifice 109. The valve chamber 110 has a conical shape with the ceiling surface 1101 facing upward, and a low pressure port 110 a communicating with the low pressure chamber 111 is opened at the top of the ceiling surface 1101, and the low pressure chamber 111 communicates with the drain line 56. It communicates with the low pressure passage 102. A high-pressure port 110 b communicating with the high-pressure passage 101 through the high-pressure control passage 108 is opened at the bottom surface of the valve chamber 110.
[0036]
In the valve chamber 110, a ball 123 whose lower portion is cut horizontally is disposed. The ball 123 is a vertically movable valve body. When the ball 123 is lowered, the ball 123 is seated on a valve chamber bottom surface (hereinafter, referred to as a high pressure side seat) 1102 as a valve seat with the cut surface, thereby closing the high pressure port 110b. Is shut off from the low pressure chamber 111 by being seated on the ceiling surface (hereinafter referred to as a low pressure side seat) 1101 as a valve seat and closing the low pressure port 110a. . As a result, when the ball 123 is lowered, the back pressure chamber 106 communicates with the low pressure chamber 111 via the out orifice 109 and the valve chamber 110, the back pressure of the needle 121 decreases, and the needle 121 is separated. On the other hand, when the ball 123 is raised, the back pressure chamber 106 is cut off from the low pressure chamber 111 and communicates only with the high pressure passage 101, the back pressure of the needle 121 rises and the needle 121 is seated.
[0037]
The ball 123 is pressed and driven by the piezo actuator 1c. In the piezo actuator 1c, two pistons 124 and 125 having different diameters are slidably held in a vertical hole 112 formed in the vertical direction above the low pressure chamber 111, and the piezo stack 127 is disposed above the large-diameter piston 125 on the upper side. Are arranged with the up-down direction as the expansion / contraction direction.
[0038]
The large-diameter piston 125 is kept in contact with the piezo stack 127 by a spring 126 provided below the large-diameter piston 125 and is displaced in the vertical direction by the same amount as the amount of expansion and contraction of the piezo stack 127.
[0039]
A space defined by the lower small-diameter piston 124, the large-diameter piston 125, and the vertical hole 112 facing the ball 123 is filled with fuel to form a displacement expansion chamber 113. The expansion of the piezo stack 127 increases the diameter. When the piston 125 is displaced downward to press the fuel in the displacement expansion chamber 113, the pressing force is transmitted to the small diameter piston 124 through the fuel in the displacement expansion chamber 113. Here, since the small-diameter piston 124 has a smaller diameter than the large-diameter piston 125, the extension amount of the piezo stack 127 is expanded and converted into the displacement of the small-diameter piston 124.
[0040]
At the time of fuel injection, first, the piezo stack 127 is charged and the piezo stack 127 is extended, whereby the small-diameter piston 124 is lowered to push down the ball 123. As a result, the ball 123 lifts from the low pressure side seat 1101 and is seated on the high pressure side seat 1102 so that the back pressure chamber 106 communicates with the low pressure passage 102, so that the fuel pressure in the back pressure chamber 106 decreases. As a result, the force acting on the needle 121 in the seating direction becomes more dominant than the force acting on the seating direction, and the needle 121 is seated and fuel injection is started.
[0041]
On the contrary, when the injection is stopped, the piezo stack 127 is reduced by the discharge of the piezo stack 127 and the pushing force to the ball 123 is released. At this time, the inside of the valve chamber 110 is at a low pressure, and high pressure fuel pressure is applied to the bottom surface of the ball 123 from the high pressure control passage 108, so that upward fuel pressure is applied to the ball 123 as a whole. is doing. Then, by releasing the pushing force to the ball 123, the ball 123 is separated from the high pressure side seat 1102 and is seated again on the low pressure side seat 1101, and the fuel pressure in the valve chamber 110 is increased. Stops.
[0042]
FIG. 1 shows the configuration of the piezo actuator drive circuit 21. For convenience of explanation, the piezo stack 127 is appropriately represented as piezo stack 127A, piezo stack 127B, piezo stack 127C, and piezo stack 127D corresponding to the four cylinders. The piezo actuator drive circuit 21 includes a charge / discharge circuit unit 211 that charges and discharges the piezo stacks 127A to 127D, a controller 212 that controls the piezo stacks, and the like, and is connected to the piezo stacks 127A to 127D by a wire harness (not shown). Is done.
[0043]
The charging / discharging circuit unit 211 includes a DC-DC converter 31 that is a power supply unit that generates a DC voltage of several tens to several hundreds V by power supplied from the vehicle-mounted battery 30, and a capacitor 32 connected in parallel to the output terminal thereof. Then, the voltage for charging the piezo stacks 127A to 127D is output. The DC-DC converter 31 can employ, for example, a general boost chopper type circuit. The capacitor 32 has a sufficiently large capacitance (several hundred μF), and maintains a substantially constant voltage value even when the piezo stacks 127A to 127D are charged.
[0044]
A first energization path 33 a that is a first type of energization path for energizing the piezo stacks 127 </ b> A to 127 </ b> D from the capacitor 32 via the inductor 34 is provided, and the energization path 33 a is provided between the capacitor 32 and the inductor 34. Are connected in series with the first switching element 35. The first switching element 35 is composed of a MOSFET, and a parasitic diode (hereinafter referred to as a first parasitic diode) 351 is connected so that the voltage between both terminals of the capacitor 32 is reverse biased.
[0045]
The inductor 34 and the piezo stacks 127A to 127D form a second energization path 33b that is a second type of energization path. The energization path 33 b includes a second switching element 36 connected to a connection midpoint between the inductor 34 and the first switching element 35. The second energization path 33 b bypasses the capacitor 32 to form a closed circuit that passes through the inductor 34, the piezo stacks 127 </ b> A to 127 </ b> D, and the second switching element 36. The second switching element 36 is also composed of a MOSFET, and a parasitic diode (hereinafter referred to as a second parasitic diode) 361 is connected so that the voltage between both terminals of the capacitor 32 is reverse biased.
[0046]
The energization paths 33a and 33b are common to each of the piezo stacks 127A to 127D, and selection switches 37A, 37B, 37C, and 37D are connected to the piezo stacks 127A to 127D in a one-to-one correspondence. The selection switching elements 37A to 37D corresponding to the piezo stacks 127A to 127D of the injector 1 of the injection cylinder are turned on, and the energization paths 33a and 33b are selectively formed in the piezo stacks 127A to 127D.
[0047]
MOSFETs are used for the selection switches 37A to 37D, and the parasitic diodes (hereinafter referred to as selection parasitic diodes) 371A, 371B, 371C, and 371D are connected so that the voltage between both terminals of the capacitor 32 is reverse biased. ing.
[0048]
Control signals are respectively input from the controller 212 to the gates of the switching elements 35 and 36 and the selection switches 37A to 37D. As described above, any of the selection switches 37A to 37D is turned on to drive the piezo stacks 127A to 127A to be driven. While 127D is selected, the switching elements 35 and 36 are turned on and off to charge and discharge the piezo stacks 127A to 127D.
[0049]
A resistor 38b is provided between the selection switches 37A to 37D and the ground in common with the selection switches 37A to 37D. The voltage between both terminals, that is, the voltage at point b in the figure is input to the controller 212, and the charging currents of the piezo stacks 127A to 127D are detected.
[0050]
The second switching element 36 is provided with a resistor 38c in series. The voltage between both terminals, that is, the voltage at point c in the figure, is input to the controller 212, and the discharge currents of the piezo stacks 127A to 127D are detected.
[0051]
Further, resistors 381a and 381b having high resistance values connected in series are provided between the terminals of the inductor 34 on the piezo stack 127A to 127D side and the ground. The divided voltage, that is, the voltage at point a in the figure is input to the controller 212, and the voltage between both terminals of the piezo stacks 127A to 127D is detected.
[0052]
Further, an emergency discharge path 42 is formed in parallel with the resistors 381a and 381b, and the electric charge of the capacitor 32 and the piezo stacks 127A to 127D is discharged to the ground side as will be described in detail later. In addition to the emergency discharge switch 43 that opens and closes the emergency discharge path 42, a resistor 44 and a diode 45 are connected in series. The resistor 44 is for adjusting a time constant at the time of discharging electric charges. The diode 45 is for preventing a backflow, the inductor 34 side is a cathode, and the direction in which current flows from the inductor 34 side to the ground side is the forward direction.
[0053]
The emergency discharge switch 43 is a MOSFET, and its parasitic diode (hereinafter referred to as a discharge parasitic diode) 431 is connected so that the voltage of the capacitor 32 is reverse-biased.
[0054]
A control signal is input from the controller 212 to the gate of the emergency discharge switch 43.
[0055]
The controller 212 serving as a control means outputs a control signal to the charge / discharge circuit unit 211 and detects an abnormality in the charge / discharge circuit unit 211 in accordance with a command signal from the ECU 22 and the various detection signals of the charge / discharge circuit unit 211. The abnormality determination signals IJF1 and IJF2 are output to the ECU 22. In addition, a discharge prohibition signal, which will be described later, is generated, and execution of charge recovery from the piezo stacks 127A to 127D to the capacitor 32 is prohibited under certain conditions.
[0056]
As command signals input from the ECU 22, an injection signal, a cylinder selection signal, and a charging period signal are input. The injection signal defines the charging timing and discharging timing of the piezo stacks 127A to 127D, and is a binary signal composed of “L” and “H”. The injection period is substantially defined by the output timing and length of the injection signal. The cylinder selection signal is used to select the piezo stack 127A to 127D to be charged corresponding to the injection cylinder. The charge period signal defines the length of the charge period of the piezo stacks 127A to 127D, that is, the charge amount.
[0057]
Each of the piezo stacks 127A to 127D is provided with resistors 41A, 41B, 41C, and 41D in parallel, and discharges little by little from the piezo stacks 127A to 127D even after the completion of charging. Resistors 41A to 41D are for fail-safe use, and cannot be energized due to disconnection of wiring cables of the piezo stacks 127A to 127D, and normal charge recovery from the piezo stacks 127A to 127D to the capacitor 32 becomes impossible In addition, the state where the needle 121 is in a lift state that can be brought into the lifted state does not continue for a predetermined time or longer. Further, the resistors 41A to 41D eliminate generated charges due to the pyroelectric effect. Therefore, the resistance values of the resistors 41A to 41D are set in consideration of the longest injection time and the like.
[0058]
FIG. 4 shows the operating state of the charge / discharge circuit unit 211. The controller 212 outputs a predetermined control signal when the injection signal, the cylinder selection signal, and the charging period signal become “H”. It is assumed that the cylinder selection signal is for selecting the first cylinder and subsequently for selecting the second cylinder. First, the first selection switch 37A corresponding to the first cylinder is turned on. The ON period of the selection switch 37A is until the discharge is completed.
[0059]
When the injection signal and the charging period signal become “H” (t 1), the controller 212 sets the ON period and the OFF period of the first switching element (hereinafter referred to as a charging switch as appropriate) 35 as follows: A control signal is output to the charging switch 35. That is, the charging switch 35 is turned on, and a gradually increasing charging current is passed through the first energization path 33a which is the first type energization path with the capacitor 32 as a supply source (FIG. 5A). The on period is set constant. When the charging switch 35 is turned off, the back electromotive force generated in the inductor 34 at this time is forward biased with respect to the second parasitic diode 361, so that the capacitor 32 is supplied from the energy stored in the inductor 34. A gradually decreasing flywheel current flows through the second energization path 33b, which is the second type of energization path, and charging of the piezo stack 127A proceeds (FIG. 5B). When the charging current reaches a threshold value set to approximately 0 in advance (hereinafter referred to as 0A threshold as appropriate), the off period ends, the charging switch 35 is turned on again and the on period starts, and this is repeated (multiple Switching method). The charging current (signal at point b) flows in a substantially triangular waveform, and the voltage between both terminals of the piezo stack 127A (signal at a) rises stepwise.
[0060]
When the charge period signal becomes “L” (t3), the control signal to the charge switch 35 is forcibly lowered to fix the charge switch 35 to OFF. This completes charging. The piezo stack 127 </ b> A is extended by charging and presses and lifts the ball 123 through the displacement expansion chamber 113.
[0061]
The method of the piezo actuator driving circuit 211 in which the length of the ON period is constant has a constant energy input speed to the piezo stacks 127A to 127D, and has a good linearity, and the charging period has the same length. If it exists, even if the capacity | capacitance of the piezo stacks 127A-127D changes, it has the characteristics that the input energy amount to the piezo stacks 127A-127D can be made substantially constant.
[0062]
When the injection signal becomes “L” (t 5), the piezo stack 127 A is discharged and collected in the capacitor 32. That is, an on period and an off period of a second switching element (hereinafter, appropriately referred to as a discharge switch) 36 are set as follows, and a control signal is output to the discharge switch 36. That is, the discharge switch 36 is turned on, and a gradually increasing discharge current is caused to flow through the second energization path 33b, which is a second type of energization path that is supplied from the piezo stack 127A (FIG. 6A). When the discharge current reaches a preset threshold value (hereinafter referred to as an upper limit current threshold value), the discharge switch 36 is turned off to enter an off period. At this time, a large back electromotive force is generated in the inductor 34, and the first energization path which is the first type energization path using the flywheel current as a supply source from the piezoelectric stack 127 </ b> A by the energy accumulated in the inductor 34. The energy is collected in the capacitor 32 (FIG. 6B). When the discharge current reaches the 0 A threshold, the discharge switch 36 is turned on again, and this is repeated.
[0063]
When the piezo stack voltage reaches a predetermined threshold value (hereinafter referred to as 0V threshold value as appropriate) set to approximately 0 (t8), the discharge switch 36 is fixed to OFF, and the discharge of the piezo stack 127A is completed. . The charge of the piezo stack 127A is collected by the capacitor 32. Then, by discharging the piezo stack 127A in this way, the piezo stack 127A is reduced, the pressing force applied to the ball 123 by the fuel pressure in the displacement expansion chamber 113 is released, and the ball 123 is seated.
[0064]
Subsequently, at the predetermined crank angle, the injection signal and the charging period signal are again set to “H”, and the cylinder selection signal indicating the second cylinder is set to “H” (t1 ′). First and second energization paths 33a and 33b are formed. Similarly, the piezo stacks 127C and 127D are charged and discharged in the same manner for the third and fourth cylinders.
[0065]
Next, a circuit portion of the controller 212 that detects an abnormality of the charge / discharge circuit unit 211 and outputs the abnormality determination signals IJF1 and IJF2 to the ECU 22 will be described. FIG. 7 shows a circuit portion that generates the abnormality determination signal IJF1 and the discharge inhibition signal, and FIG. 8 shows the operating state thereof. In addition to the injection signal, a charging voltage, a timer threshold value, an overvoltage threshold value, and a large capacity threshold value are input to the circuit portion. In the following description, it is assumed that the selected cylinder is the first cylinder. That is, the description will be made assuming that the selection switch 37A is turned on among the selection switches 37A to 37D.
[0066]
The charging voltage is a voltage at the terminal on the piezo stack 127A side of the inductor 34 detected at point a.
[0067]
The timer threshold value is a voltage signal for determining the elapse of time t4 described later.
[0068]
Both the overvoltage threshold and the large capacity threshold are voltage abnormality determination thresholds that are compared with the charging voltage to determine the magnitude of the charging voltage. The overvoltage determination threshold is a voltage signal having a magnitude corresponding to a voltage that can be substantially regarded as the voltage of the capacitor 32. The large capacity threshold value is a threshold value for detecting when an abnormality occurs in the capacity of the piezo stack 127A viewed from the charge / discharge circuit section 211 side and the charging voltage is insufficient. This is because, in the case of determining the end of charging without depending on the magnitude of the piezo stack voltage as in the present embodiment, the charging voltage decreases due to an increase in the capacity of the piezo stack 127A.
[0069]
The charging voltage is compared with the overvoltage threshold or the large capacity threshold selected by the switch 52 by the comparator 53. The switch 52 is controlled to be switched by the output of the comparator 51. The comparator 51 receives the output signal of the timer circuit 50 that counts the elapsed time from the rise of the injection signal and the timer threshold value. When the elapsed time exceeds t4, the output of the comparator 51 is "L". Thus, the overvoltage threshold is switched to the large capacity threshold.
[0070]
The output of the comparator 53 that determines whether or not the charging voltage is larger than the voltage abnormality determination threshold value and the output of the comparator 51 that outputs "L" when the elapsed time exceeds t4 are ANDed. The signal is input to the SR flip-flop 56 through the gate 54.
[0071]
In the SR flip-flop 56, the output of the comparator 53 is inverted by a NOT gate 55 as an R input. The Q output of the SR flip-flop 56 is used as a discharge inhibition signal. It is known that it is “L” at normal time and becomes “H” only when the charging voltage exceeds the overvoltage threshold during the period from the injection signal input to t4, and it is known that the charging voltage has increased excessively. . When the charging voltage decreases and the output of the comparator 53 becomes “L”, the discharge inhibition signal becomes “L”. When the discharge inhibition signal becomes “H”, the ECU 22 inhibits discharge. The reason for this will be described later.
[0072]
On the other hand, in the D flip-flop 70, the injection signal is inverted and input by the NOT gate 58 as the CK input, and the output from the rising edge detection circuit 59 that detects the rising edge of the injection signal is input as the CL input. . The inverted output of the SR flip-flop 56 and the output of the comparator 53 are input to the AND gate 57, and the output of the AND gate 57 is the D input of the D flip-flop 70. Therefore, if the charging voltage exceeds the large capacity threshold until the start of discharging, the IJF1 signal becomes “H” at the fall of the injection signal, and then the injection signal rises and the D flip-flop 70 Holds until cleared. On the other hand, when the voltage does not increase when the piezo stack 127A is charged, or during the charge holding period (between the charge period signal becomes “L” (t3) and the injection signal becomes “L” (t5)). If the charging voltage drops below the large capacity threshold, the IJF1 signal remains “L”. Further, the IJF1 signal remains “L” even when the piezo stack 127A is overcharged during charging.
[0073]
FIG. 9 shows a circuit portion of the controller 212 that outputs the abnormality determination flag IJF2, and FIG. 10 shows its operating state. In addition to the injection signal, charging voltage, and mask signal, a charging current, an energization start threshold, an overcurrent threshold, and a 0 V threshold are input to the circuit portion.
[0074]
The charging current is a signal known as the voltage at point b.
[0075]
The mask signal takes an “H” value from the rise of the injection signal, that is, from the start of charging of the piezo stack 127A to the end of the off period that substantially follows the on period of the first charge switch 35, and generates this. The circuit that performs this will be described later.
[0076]
The energization start threshold is compared with the charging current to determine the magnitude of the charging current, and is set slightly higher than 0 to check whether the charging switch is turned on and the charging current starts to increase gradually. It is a voltage signal for
[0077]
The overcurrent threshold value is used to determine whether or not an overcurrent has flowed through the energization paths 33a and 33b, and is a value that can determine an excessive value as the current value reached in the first on-period of the charging switch 35. Set to
[0078]
The 0V threshold value is compared with the charging voltage to determine the magnitude of the charging voltage, and is set to be slightly higher than 0V, and is a voltage signal for confirming whether or not the discharging is completed.
[0079]
The energization start threshold value and the charging current are compared by the comparator 60 and input to the AND gate 67. The output of the comparator 60 becomes “H” when the charging current exceeds the energization start threshold.
[0080]
The charging current and the overcurrent threshold value are compared by the comparator 61, and the output is input to the OR gate 65. When the charging current does not exceed the overcurrent threshold, the output of the comparator 61 is “L”. The injection signal is input to the OR gate 65 through the NOR gate 64 together with the output of the comparator 61. While the injection signal is “H”, unless the charging current exceeds the overcurrent threshold, The output of the OR gate 65 is “L”. The output of the OR gate 65 is input to the SR flip-flop 68 as the R input.
[0081]
The output of the OR gate 65 is also inverted by the NOT gate 66 and input to the AND gate 67 together with the output of the comparator 60 that determines whether or not the energization start threshold value is smaller than the charging current. The output of the AND gate 67 rises when the charging current exceeds the energization start threshold after the injection signal becomes “H”, and the inverted output of the SR flip-flop 68 becomes “L”. The state of the inverted output is held at least until the injection signal becomes “L”. If the charging current again falls below the energization start threshold at the end of the off period of the charging switch 35, the output of the AND gate 67 becomes “L” again.
[0082]
Further, after the injection signal becomes “L”, the R input and S input of the SR flip-flop 68 are determined by another input of the NOR gate 64. As another input of the NOR gate 64, the output of the comparator 62 that compares the charging voltage with the 0V threshold value is inverted and input by the NOT gate 63, and when the charging voltage falls below the 0V threshold value. The other input of the NOR gate 64 becomes “L”. Therefore, while the charging voltage exceeds the 0V threshold, the output of the NOR gate 64 is “L” and changes in the same state as before the injection signal becomes “L”, and the charging voltage is 0V threshold. The output of the NOR gate 64 becomes “H” and the R input of the SR flip-flop 68 is set to “H”. As a result, the inverted output of the SR flip-flop becomes “H”.
[0083]
Then, the inverted output of the SR flip-flop 68 and the mask signal are input to the OR gate 69, and the output becomes the abnormality determination signal IJF2. The abnormality determination signal IJF2 switches to “H” after the injection signal becomes “L” after the charge voltage falls below the 0V threshold, that is, when the piezo stack 127A is substantially discharged. Yes, depending on the discharge completion timing of the piezo stack 127A, it may be delayed or accelerated.
[0084]
In addition, after the charging current exceeds the energization start threshold value and the inverted output of the SR flip-flop 68 becomes “L”, the charging current further increases and the charging current exceeds the overcurrent threshold value. The output of the OR gate 65 becomes “H”, and the inverted output of the SR flip-flop 68 returns to “H”. In the following description, the SR flip-flop 68 is appropriately referred to as a failure determination F / F 68.
[0085]
Next, FIG. 11 shows a circuit portion of the controller 212 that outputs the mask signal, and FIG. 12 shows its operating state. The charging current, energization start threshold value, and injection signal are input to the circuit portion.
[0086]
The charging current and the energization start threshold value are compared by the comparator 71. When the charging current exceeds the energization start threshold value, the output of the comparator 71 becomes “H”. The output of the comparator 71 is input to the AND gate 72. The output of the AND gate 72 is input to the first D flip-flop 73 as a CK input. The first D flip-flop 73 and the second D flip-flop 74 constitute a 2-bit counter. The inverted output of the second D flip-flop 74 of the upper bit is another input of the AND gate 72. Therefore, the output of the AND gate 72 is the output of the comparator 71 until the count value becomes “2”.
[0087]
An AND gate 75 is provided with the inverted output of the second D flip-flop 74 and the injection signal as inputs, and its output is a mask signal.
[0088]
Further, the injection signal is inverted by the NOT gate 76 and inputted as the CL input to the D flip-flops 73 and 75. When the injection signal falls, the D flip-flops 73 and 74 are cleared.
[0089]
Thus, when the injection signal becomes “H” and the charging current repeatedly increases and decreases gradually, each time the charging current exceeds the energization start threshold value, the first and second D flip-flops 73 and 74 It is counted with. Initially, since the inverted output of the second D flip-flop 74 is “H” and the injection signal is also “H”, the mask signal starts with “H”.
[0090]
When the charging current exceeds the energization start threshold value for the second time, the inverted output of the second D flip-flop 74 becomes “L” and the mask signal also becomes “L”.
[0091]
Since the inverted output of the second D flip-flop 75 is input to the AND gate 72, no counting is performed thereafter, and the mask signal is fixed to “L”.
[0092]
Therefore, the mask signal takes an “H” value during a period from when the injection signal rises to when the charging current exceeds the energization start threshold by the second turn-on of the charging switch 35. If the charging switch 35 is not turned on for the second time, the mask signal remains “H” until the injection signal becomes “L” again.
[0093]
The ECU 22 determines the presence or absence of an abnormality based on the abnormality determination signals IJF1 and IJF2. FIG. 13 shows a normal operating state, and FIGS. 14, 15, 16, and 17 show an operating state when an abnormality occurs.
[0094]
In FIG. 13 showing the normal operating state, the charging voltage increases as the charging of the piezo stack 127A progresses. However, the charging reaches an appropriate voltage value without exceeding the overvoltage threshold and the charging is completed. Therefore, at time t4 when the voltage abnormality determination threshold value switches to the large capacity threshold value, the voltage level determination (X) rises to "H". Since this is maintained even after t5 when the injection signal becomes “L”, the abnormality determination signal IJF1 becomes “H” at the time t5.
[0095]
On the other hand, when the injection signal becomes “L”, the discharge of the piezo stack 127A is started, the electric charge of the piezo stack 127A is collected by the capacitor 32, and the charging voltage is lowered. Therefore, when the charging voltage becomes t8 below the 0V threshold, the failure determination F / F 68 becomes “H” and the abnormality determination signal IJF2 becomes “H”. When the abnormality determination signal IJF2 switches from “L” to “H”, the discharge is completed.
[0096]
Here, if the range of t8 when the piezo stack 127A is properly charged and discharged is determined in advance, t7 can be regarded as being too early to complete the discharge, and the discharge completion is out of the range. It is possible to set t9 which can be regarded as being too late. Since the discharge of the piezo stack 127A is started when the injection signal becomes "L", t7 and t9 are set based on t5 when the injection signal becomes "L". Since temperature information such as the engine oil temperature is input to the ECU 22, t7 and t9 may be set based on this information.
[0097]
The ECU 22 determines that the abnormality determination signal IJF2 is normal if it is "L" at time t7 and "H" at time t9. Further, if the abnormality determination signal IJF2 is “H” at the time t7 or “L” at the time t9, it is determined that there is an abnormality. In the case of FIG. 13 showing the normal time, it is “L” at time t7 and “H” at time t9.
[0098]
A specific example when an abnormality occurs will be described. FIGS. 14 and 15 show the short circuit of the charge / discharge circuit unit 211 or the piezo stacks 127A to 127D when the charge switch 35 is turned on. FIG. 15 is an enlarged view of FIG. When the injection signal becomes “H” and the charging switch 35 is turned on, the charging switch 35 is turned on even if the on period ends and the control signal of the charging switch 35 becomes “L”. The charging current continues to flow and rises further. When this exceeds the overcurrent threshold, the selection switch 37A for the first cylinder is turned off. As a result, even if the charging switch 35 is on-failed, the energization paths 33a and 33b are disconnected from the piezo stack 127A, so that charging is stopped. If not interrupted, the charging current will continue to rise as shown by the broken line in the figure, and such a situation can be reliably prevented by turning off the selection switch 37A. Note that the output of the second and subsequent control signals of the charging switch 35 is stopped when the selection switch 37A of the first cylinder is turned off.
[0099]
When the charging current exceeds the overcurrent threshold, the failure determination F / F 68 becomes “H”. As a result, at time t7, the ECU 22 can know that an abnormality has occurred in which an overcurrent flows during charging of the piezo stack 127A.
[0100]
As a case where an abnormality in which an overcurrent flows occurs, in addition to the on failure of the charging switch 35, a short circuit failure of a part or all of the inductor 34, a short circuit between both terminals of the piezo stack 127A, and the like are possible. Can also be detected.
[0101]
Further, in the case of a partial short-circuit of the inductor 34 or the like, the charging voltage of the piezo stack 127A is not greatly increased only by the first turn-on. There is no problem in collecting the remaining charge in the capacitor 32. However, when the charging switch 35 is in an on-failure, the closed circuit of the capacitor 32 to the charging switch 35 to the discharging switch 36 to the resistor 38c to the ground is formed by turning on the discharging switch 36. Since the resistor 38c is for detecting a discharge current and has a very small resistance value, the capacitor 32 is short-circuited between both terminals.
[0102]
When the charging switch 35 is in an on-failure state, the voltage at the terminal on the piezo stack 127A side of the inductor 34 detected at the point a becomes substantially the voltage of the capacitor 32 by turning off the selection switch 37A. The overvoltage threshold, which is the voltage abnormality determination threshold, is exceeded. As a result, the discharge inhibition signal becomes “H”, and IJF1 is held at “L”.
[0103]
If the controller 212 determines that a short circuit failure has occurred and stops charging and the discharge inhibition signal is “L”, the controller 212 turns the discharge switch 36 on and off to collect the remaining charge in the piezo stack 127A in the capacitor 32.
[0104]
On the other hand, if the discharge inhibition signal is “H”, the charging switch 35 is highly likely to be on-failed, so that the operation of the DC-DC converter 31 is stopped and charging from the battery 30 to the capacitor 32 is prohibited. Further, the emergency discharge switch 43 is turned on. Thus, the current is limited under an appropriate time constant of the resistor 44, and the piezo stack 127A and the capacitor 32 can be discharged to the ground side. As a result, it is possible to prevent the electric charge from being stored in the piezo stack 127A and the capacitor 32 in an abnormal state. In addition, since the piezo stack 127A is charged before the selection switch 37A is turned off, the injector 1 may be in a valve open state, that is, an injection state, but this state can be quickly resolved. it can.
[0105]
In general, the injector 1 exhibits a mechanical fail-safe function that utilizes natural fuel leakage from the displacement expansion chamber 113 and does not remain open for a long time. Therefore, as long as the fuel injection during that time can be permitted, the emergency discharge switch 43 may be manually performed at a repair shop or the like.
[0106]
The discharge prohibition signal is “H” when the charging voltage detected at point a exceeds the voltage abnormality threshold, but in a normal state, the mask signal is turned on when the charging switch 35 is turned on for the second time. Since it becomes “L” (see FIG. 13), the discharge prohibition signal does not become “H” even if the charging voltage exceeds the voltage abnormality threshold after t4 under normal conditions.
[0107]
FIG. 16 shows the short circuit of the charge / discharge circuit unit 211 or the piezo stack 127A when the piezoelectric ceramic layer of the piezo stack 127A is partially short-circuited. Even if the piezo stack 127A is normally charged, due to the partial short circuit of the piezoelectric ceramic layer, the charge leaks from the piezo stack 127A and the charging voltage gradually decreases after the end of the charging period (t3).
[0108]
Therefore, the residual charge at the start of discharge (t5) in the piezo stack 127A is less than that at the normal time, and the discharge period during which the discharge switch 36 is turned on / off is also shortened. As a result, the abnormality determination signal IJF2 is already “H” at time t7, and IJF1 remains “L”. Thereby, the ECU 22 can know the failure of the piezo stack 127A.
[0109]
FIG. 17 shows a case where a plurality of piezo stacks are simultaneously energized (hereinafter referred to as 2-cylinder simultaneous energization) due to an on failure of the selection switches 37A to 37D among the short circuits of the charge / discharge circuit unit 211 or the piezo stacks 127A to 127D. belongs to. In the following description, it is assumed that the selection switch 37B corresponding to the second cylinder is in an on failure when the piezo stack 127A corresponding to the first cylinder is charged. However, the other combinations are substantially the same. is there. In the case of two-cylinder simultaneous energization, the capacity of the piezo stack 127A as viewed from the charge / discharge circuit section 211 side increases, so the charging speed decreases. In the case of the present embodiment in which the amount of charge is controlled by the length of the charging period, the charging voltage of the piezo stack 127A does not fall within the predetermined voltage range and is insufficient.
[0110]
Therefore, at the time t4 when the voltage abnormality threshold is switched to the large capacitance threshold, the D input of the D flip-flop 57 becomes “L”. For this reason, even after the time t5 when the injection signal becomes “L”, the abnormality determination signal IJF1 remains “L”. As a result, the ECU 22 can determine that two cylinders are energized simultaneously. However, if the temperature representing the engine such as the engine oil temperature is higher than a preset threshold value or the like, the ECU 22 does not determine whether or not two cylinders are energized simultaneously.
[0111]
The reason for this will be described. A capacitive element including a piezo stack generally varies greatly in capacitance with temperature. FIG. 18 shows an example in which the temperature dependence of the capacity of a piezo stack used in an injector is investigated within a temperature range expected by a vehicle equipped with a diesel engine. The capacity is 2 at low and high temperatures. It is three to three times different.
[0112]
For this reason, as described above, even if the abnormality determination signal IJF1 is “L”, it cannot be distinguished whether it is due to simultaneous energization of two cylinders or an increase in capacity due to a temperature rise. Therefore, if it is determined that the temperature is higher than a preset threshold value or the like, it is not determined whether or not two cylinders are energized simultaneously.
[0113]
Of course, if measures such as heat dissipation are taken for the piezo stacks 127A to 127D so that the temperature environment of the piezo stack is within a certain range, when the abnormality determination signal IJF1 is “L”, the two cylinders are unconditionally used simultaneously. It is also possible to determine that the power is on.
[0114]
In addition, since the discharge rate becomes slow with the charge rate, even when the charge voltage is low, the discharge completion time is not so fast, and the discharge is completed at the same time as the normal time as shown in the figure. For this reason, the abnormality determination signal IJF2 is not different from the normal time.
[0115]
The determination based on the abnormality determination signal IJF1 can also be applied to a partial short circuit of the piezoelectric ceramic layers of the piezo stacks 127A to 127D. That is, after t4 when the voltage abnormality threshold is switched to the large capacity threshold, if the charging voltage falls below the voltage abnormality threshold before the injection signal becomes “L”, the abnormality determination signal IJF1 is also generated in this case. Since it remains “L”, a partial short circuit of the piezoelectric ceramic layers of the piezo stacks 127A to 127D can be detected by taking a voltage abnormality threshold after t4. In this case, a distinction between partial short-circuiting of the piezoelectric ceramic layers of the piezo stacks 127A to 127D and simultaneous energization of two cylinders is made when the abnormality determination signal IJF2 is “ In contrast to “L”, in the case of simultaneous energization of two cylinders, it is preferable to perform this because “H” at t7.
[0116]
Although the present embodiment has been described for the case where the length of the on period of the charging switch 35 is constant, the present invention is not necessarily limited to this, and the charging current is predetermined during the on period of the charging switch. It can also be applied to a charge control system that detects whether or not the upper limit value is reached and enters the off period when the upper limit value is reached.
[0117]
(Second Embodiment)
FIG. 19 shows a piezoelectric actuator drive circuit according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the controller and the ECU are replaced in the configuration of the first embodiment, and high accuracy of fuel injection is achieved. Parts that are substantially the same as those in the first embodiment will be described with the same numbers. The basic configuration of the controller 212A and the ECU 22A is the same as that of the first embodiment. The controller 212A is configured such that the output of the first D flip-flop 73 of the circuit portion that generates the mask signal (FIG. 11) is input to the ECU 22A as the first energization time measurement signal Tone.
[0118]
The output of the first D flip-flop 73 serving as the first energization time measurement signal Tone is the second time after the charging switch 35 is turned on for the first time and the charging current exceeds the energization start threshold value. This is a signal that becomes “H” until the charging current exceeds the energization start threshold value when ON. Since the energization start threshold is substantially zero as described above, the length is substantially the total time of the on period of the first charge switch 35 and the subsequent off period, and the charge switch 35 is turned on. Until the charging current reaches an energization start threshold value which is a predetermined current value set in advance.
[0119]
The first energization time measurement signal Tone has the following properties. As described above, since the charging of the piezo stacks 127A to 127D is performed with the length of the on period of the charging switch 35 being constant, the magnitude of the charging current reached during the on period of the charging switch 35 is the charge / discharge circuit portion. It is determined by the constant of 211. Among the members constituting the charge / discharge circuit unit 211, the injector 1 having the piezo stacks 127A to 127D as constituent parts is placed in the engine head, and thus is placed in the most severe temperature environment. For this reason, the capacity of the piezo stacks 127A to 127D varies greatly due to the influence of temperature.
[0120]
As shown in FIG. 20, if the charging current reaching the ON period of the charging switch 35 is large, the length of the OFF period becomes longer. Therefore, if the capacitances of the piezo stacks 127A to 127D are different, the first energization time measurement is performed. The signal Tone changes. Therefore, the temperature fluctuation of the injector 1 is known by the first energization time measurement signal Tone. FIG. 21 shows an example of the relationship between the piezo stack 127 and the first energization time measurement signal Tone.
[0121]
In the ECU 22A, a timer that starts counting at the rise of the first energization time measurement signal Tone is provided to obtain the time until the fall of the first energization time measurement signal Tone, which is obtained as the first energization time measurement signal. The length is Tone.
[0122]
Since the piezo stack 127 is a component of the injector 1, the temperature information obtained based on its capacity reflects the temperature of the injector 1 more accurately than by the engine oil temperature or the like. Therefore, it is possible to obtain high-quality temperature information of the injector 1 without separately providing a sensor.
[0123]
The length of the first energization time measurement signal Tone as the temperature information is used for correcting the fuel injection timing and the injection amount in the ECU 22A. Specifically, the output timing and length of the injection signal are corrected according to the length of the first energization time measurement signal Tone.
[0124]
Thereby, the sliding resistance of the movable members such as the needle 121 and the pistons 124 and 125 of the injector 1 and the viscosity of the fuel in the injector 1 change due to the temperature change, which affects the operation characteristics of the ball 123 and the needle 121. However, it is possible to prevent the influence from affecting the fuel injection timing and the injection amount.
[0125]
Here, as the index of the current aging profile, the time until a predetermined current value (approximately 0 A in the embodiment) is taken immediately after the start of charging of the piezo stacks 127A to 127D is measured, so that the implementation is easy. is there.
[0126]
As for the correction amount, a map obtained based on experiments or the like is prepared in advance and stored in the ROM of the ECU 22A.
[0127]
The first energization time measurement signal Tone corresponds to the on period and the off period of the charging switch 35, but may be a signal corresponding to only the off period, for example.
[0128]
The piezo actuator drive circuit of the present invention is not limited to the fuel injection device, and can be applied to various devices.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a piezo actuator drive circuit of the present invention that drives a piezo actuator mounted on an injector of a fuel injection device to which the present invention is applied.
FIG. 2 is an overall configuration diagram of the fuel injection device.
FIG. 3 is a configuration diagram centering on an injector of the fuel injection device;
FIG. 4 is a first timing chart showing an operating state of the piezo actuator drive circuit.
FIGS. 5A and 5B are diagrams showing an operating state of the piezo actuator drive circuit when charging a piezo stack constituting the piezo actuator, respectively.
FIGS. 6A and 6B are diagrams illustrating an operating state of the piezo actuator driving circuit when a piezo stack constituting the piezo actuator is discharged, respectively.
FIG. 7 is a circuit diagram of a first circuit portion of the piezo actuator driving circuit.
FIG. 8 is a timing chart showing an operating state of the circuit portion.
FIG. 9 is a circuit diagram of a second circuit portion of the piezo actuator driving circuit.
FIG. 10 is a timing chart showing an operating state of the circuit portion.
FIG. 11 is a circuit diagram of a third circuit portion of the piezo actuator driving circuit.
FIG. 12 is a timing chart showing an operating state of the circuit portion.
FIG. 13 is a second timing chart showing an operating state of the piezo actuator driving circuit.
FIG. 14 is a third timing chart showing the operating state of the piezo actuator drive circuit.
FIG. 15 is a fourth timing chart showing an operating state of the piezo actuator drive circuit.
16 is an enlarged view of a part of FIG.
FIG. 17 is a fifth timing chart showing the operating state of the piezo actuator drive circuit.
FIG. 18 is a graph illustrating the operation of the piezo actuator drive circuit.
FIG. 19 is an overall configuration diagram of a second fuel injection device to which the present invention has been applied.
FIG. 20 is a view for explaining the operation of a piezo actuator drive circuit constituting the fuel injection device.
FIG. 21 is a graph illustrating the operation of the piezo actuator drive circuit.
[Explanation of symbols]
1 Injector
1a Nozzle part
1b Back pressure control unit
1c Piezo actuator
103 nozzle hole
121 needle
127, 127A, 127B, 127C, 127D Piezo stack
21,21A Piezo actuator drive circuit
211 Charge / discharge circuit
212, 212A Controller (control means)
22, 22A ECU (command means)
30 battery
31 DC-DC converter (power supply)
32 capacitors
33a Current path
33b Current path
34 Inductor
35 Charge switch (switching element)
36 Discharge switch (switching element)
37A, 37B, 37C, 37D selection switch
381a, 382a Resistor (voltage detection means)
38b, 38c resistors (current detection means)
41A, 41B, 41C, 41D Resistor
42 Emergency discharge path
43 Emergency discharge switch
44 resistors
45 diodes

Claims (9)

ピエゾアクチュエータに搭載されたピエゾスタックの駆動用のエネルギーを蓄積するコンデンサと、該コンデンサとピエゾスタックとの間で一方を供給元として、インダクタを介して電荷を移動する通電経路とを有し、該通電経路として、スイッチング素子のオンオフを繰り返すことにより、スイッチング素子のオン期間にインダクタに漸増する電流が流れる第1の種類の通電経路と、前記スイッチング素子のオフ期間に前記インダクタに漸減する電流が流れる第2の種類の通電経路とが形成され、かつ、前記スイッチング素子を制御する制御手段により、ピエゾスタックの充電および放電がなされるピエゾアクチュエータ駆動回路において、
前記通電経路に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記スイッチング素子よりも前記ピエゾスタック側で、前記通電経路の電圧を検出する電圧検出手段を設け、
前記制御手段を、前記電流検出手段により検出された電流が予め設定したしきい値を越えると、故障発生と判断するとともに、故障の態様を短絡故障と判定し、かつ前記短絡故障と判定されたときにおいて、前記電圧検出手段により検出された電圧が予め設定したしきい値以下の第1の判定条件のときには、前記通電経路により、前記供給元をピエゾスタックとして電荷を前記コンデンサに回収する電荷回収を許容し、検出された電圧が予め設定したしきい値以上の第2の判定条件のときには、前記電荷回収を禁止するように設定したことを特徴とするピエゾアクチュエータ駆動回路。
A capacitor that stores energy for driving the piezo stack mounted on the piezo actuator, and a current-carrying path that moves charge through an inductor with one of the capacitor and the piezo stack as a supply source, By repeating ON / OFF of the switching element as the energization path, a first type energization path through which a current that gradually increases in the inductor during the ON period of the switching element and a current that gradually decreases in the inductor during the OFF period of the switching element flow. In a piezo actuator drive circuit in which a second type energization path is formed and the piezo stack is charged and discharged by a control means for controlling the switching element,
Current detection means for detecting a current flowing in the energization path ;
Provided with voltage detection means for detecting the voltage of the energization path on the piezo stack side than the switching element ,
When the current detected by the current detection means exceeds a preset threshold value, the control means determines that a failure has occurred, determines the failure mode as a short-circuit failure , and determines the short-circuit failure. In this case, when the voltage detected by the voltage detecting means is a first determination condition that is equal to or lower than a preset threshold value, the charge recovery for recovering the charge to the capacitor by using the supply path as the piezo stack by the energization path The piezoelectric actuator drive circuit is set to prohibit the charge recovery when the detected voltage is a second determination condition equal to or greater than a preset threshold value .
請求項1記載のピエゾアクチュエータ駆動回路において、前記ピエゾスタックとして、通電経路を共通として複数のピエゾスタックが接続可能で、かつ、前記制御手段により制御される選択スイッチにより、前記複数のピエゾスタックのうちから、前記通電経路と接続されるピエゾスタックを選択可能であり、
前記制御手段を、前記短絡故障と判定されると、前記選択スイッチをオフにして、前記通電経路を開成するように設定したピエゾアクチュエータ駆動回路。
The piezo actuator drive circuit according to claim 1, wherein a plurality of piezo stacks can be connected as a piezo stack with a common energization path, and a selection switch controlled by the control means includes a plurality of piezo stacks. From this, it is possible to select a piezo stack connected to the energization path,
A piezoelectric actuator drive circuit in which the control means is set to turn off the selection switch and open the energization path when it is determined that the short-circuit failure has occurred.
請求項1または2いずれか記載のピエゾアクチュエータ駆動回路において、検出電圧の前記しきい値を、略コンデンサの両端子間電圧に設定し、
前記制御手段を、前記スイッチング素子がオフの時に前記第2の判定条件を満たすときは、故障の態様を、スイッチング素子のオン故障と判定するように設定したピエゾアクチュエータ駆動回路。
The piezoelectric actuator drive circuit according to claim 1 or 2 , wherein the threshold value of the detection voltage is set to a voltage between both terminals of the capacitor.
A piezo actuator drive circuit in which the control means is set so that the failure mode is determined to be an on-failure of the switching element when the second determination condition is satisfied when the switching element is off .
請求項1ないし3いずれか記載のピエゾアクチュエータ駆動回路において、前記コンデンサの電荷を前記インダクタを通り前記ピエゾスタックをバイパスして接地側に放電する非常放電用の経路を形成するとともに、該非常放電用の経路には、該非常放電用経路を開閉する非常放電スイッチを設けたピエゾアクチュエータ駆動回路。 4. The piezo actuator drive circuit according to claim 1 , wherein an emergency discharge path for discharging the electric charge of the capacitor through the inductor and bypassing the piezo stack to the ground side is formed. The piezoelectric actuator drive circuit is provided with an emergency discharge switch for opening and closing the emergency discharge path . 請求項1ないし4いずれか記載のピエゾアクチュエータ駆動回路において、前記コンデンサが、前記制御手段により制御される電源部により充電されるようになっており、
前記制御手段を、前記短絡故障と判定されると、前記電源部の作動を停止するように設定したピエゾアクチュエータ駆動回路。
The piezoelectric actuator drive circuit according to any one of claims 1 to 4, wherein the capacitor is charged by a power supply unit controlled by the control means.
A piezo actuator drive circuit configured to stop the operation of the power supply unit when the control means is determined to be the short-circuit failure .
請求項1ないし5いずれか記載のピエゾアクチュエータ駆動回路において、
前記電圧検出手段は前記ピエゾスタックの非接地側端子の電圧を検出するものであり、
前記制御手段を、前記ピエゾスタックの充電完了後の充電保持期間において検出された電圧が予め設定したしきい値よりも小さいときは、前記ピエゾスタックの故障と判断するように設定したピエゾアクチュエータ駆動回路。
In the piezo actuator drive circuit according to any one of claims 1 to 5,
The voltage detection means detects the voltage of the non-ground side terminal of the piezo stack,
The piezo actuator drive circuit set so that the control means determines that the piezo stack has failed when the voltage detected in the charge holding period after completion of charging of the piezo stack is smaller than a preset threshold value. .
ピエゾアクチュエータに搭載されたピエゾスタックの駆動用のエネルギーを蓄積するコンデンサと、該コンデンサとピエゾスタックとの間で一方を供給元として、インダクタを介して電荷を移動する通電経路とを有し、該通電経路として、スイッチング素子のオンオフを繰り返すことにより、スイッチング素子のオン期間にインダクタに漸増する電流が流れる第1の種類の通電経路と、前記スイッチング素子のオフ期間に前記インダクタに漸減する電流が流れる第2の種類の通電経路とが形成され、かつ、前記スイッチング素子を制御する制御手段により、ピエゾスタックの充電と放電とがなされるピエゾアクチュエータ駆動回路において、
前記通電経路に流れる電流を検出する電流検出手段を設け、
前記制御手段は、前記ピエゾスタックの充電開始直後に、検出された電流が予め設定した所定の電流値をとるまでの時間を計測して、計測時間に基づいて前記ピエゾスタックの見かけの容量若しくはピエゾスタックの温度を検出する手段を有することを特徴とするピエゾアクチュエータ駆動回路。
A capacitor that stores energy for driving the piezo stack mounted on the piezo actuator, and a current-carrying path that moves charge through an inductor with one of the capacitor and the piezo stack as a supply source, By repeating ON / OFF of the switching element as the energization path, a first type energization path through which a current that gradually increases in the inductor during the ON period of the switching element and a current that gradually decreases in the inductor during the OFF period of the switching element flow. In a piezo actuator driving circuit in which a second type energization path is formed and the piezo stack is charged and discharged by the control means for controlling the switching element,
Providing a current detection means for detecting a current flowing in the energization path;
The control means measures the time until the detected current takes a predetermined current value set in advance immediately after charging of the piezo stack, and based on the measured time, the apparent capacity or piezo stack of the piezo stack is measured. A piezoelectric actuator drive circuit comprising means for detecting the temperature of the stack .
燃料を噴射する噴孔を開閉するニードルをピエゾアクチュエータにより作動せしめるインジェクタと、An injector that operates a piezo actuator to open and close a nozzle hole for injecting fuel; and
前記ピエゾアクチュエータを駆動する手段として、As means for driving the piezo actuator,
ピエゾアクチュエータに搭載されたピエゾスタックの駆動用のエネルギーを蓄積するコンデンサと、該コンデンサとピエゾスタックとの間で一方を供給元として、インダクタを介して電荷を移動する通電経路とを有し、該通電経路として、スイッチング素子のオンオフを繰り返すことにより、スイッチング素子のオン期間にインダクタに漸増する電流が流れる第1の種類の通電経路と、前記スイッチング素子のオフ期間に前記インダクタに漸減する電流が流れる第2の種類の通電経路とが形成され、かつ、前記スイッチング素子を制御する制御手段により、ピエゾスタックの充電および放電がなされるピエゾアクチュエータ駆動回路と、A capacitor that stores energy for driving the piezo stack mounted on the piezo actuator, and a current-carrying path that moves charge through an inductor with one of the capacitor and the piezo stack as a supply source, By repeating ON / OFF of the switching element as the energization path, a first type energization path through which a current that gradually increases in the inductor during the ON period of the switching element and a current that gradually decreases in the inductor during the OFF period of the switching element flow. A piezo actuator driving circuit in which a second type of energization path is formed and the piezo stack is charged and discharged by a control means for controlling the switching element;
前記制御手段に、燃料の噴射時期および噴射量に対応した前記ピエゾスタックの充電時期および充電保持期間の長さを指令する指令手段とを有する燃料噴射装置であって、A fuel injection device having command means for instructing the charging timing and the length of the charge holding period of the piezo stack corresponding to the fuel injection timing and the injection amount to the control means;
前記ピエゾアクチュエータ駆動回路には、In the piezoelectric actuator drive circuit,
前記通電経路に流れる電流を検出する電流検出手段を設け、Providing a current detection means for detecting a current flowing in the energization path;
前記指令手段を、前記ピエゾスタックの充電開始直後に、検出された電流が予め設定した所定の電流値をとるまでの時間を計測して、計測時間に基づいて、前記ピエゾスタックの充電時期および充電保持期間の長さを補正するように設定したことを特徴とする燃料噴射装置。The command means measures the time until the detected current takes a predetermined current value set in advance immediately after starting the charging of the piezo stack, and based on the measured time, the charging timing and the charging of the piezo stack A fuel injection device set to correct the length of the holding period.
ピエゾアクチュエータに搭載されたピエゾスタックの駆動用のエネルギーを蓄積するコンデンサと、該コンデンサとピエゾスタックとの間で一方を供給元として、インダクタを介して電荷を移動する通電経路とを有し、該通電経路として、スイッチング素子のオンオフを繰り返すことにより、スイッチング素子のオン期間にインダクタに漸増する電流が流れる第1の種類の通電経路と、前記スイッチング素子のオフ期間に前記インダクタに漸減する電流が流れる第2の種類の通電経路とが形成され、かつ、前記スイッチング素子を制御する制御手段により、ピエゾスタックの充電および放電がなされるピエゾアクチュエータ駆動回路において、A capacitor that stores energy for driving the piezo stack mounted on the piezo actuator, and a current-carrying path that moves charge through an inductor with one of the capacitor and the piezo stack as a supply source, By repeating ON / OFF of the switching element as the energization path, a first type energization path through which a current that gradually increases in the inductor during the ON period of the switching element and a current that gradually decreases in the inductor during the OFF period of the switching element flow. In a piezo actuator drive circuit in which a second type energization path is formed and the piezo stack is charged and discharged by a control means for controlling the switching element,
前記スイッチング素子よりも前記ピエゾスタック側で、前記通電経路の電圧を検出する電圧検出手段を設け、Provided with voltage detection means for detecting the voltage of the energization path on the piezo stack side than the switching element,
前記制御手段を、前記電圧検出手段により検出された前記ピエゾスタックの充電電圧が予め設定したしきい値を越えると、前記ピエゾスタックの過電圧異常と判定するように設定したことを特徴とするピエゾアクチュエータ駆動回路。The piezo actuator is characterized in that the control means is set so that an overvoltage abnormality of the piezo stack is determined when a charging voltage of the piezo stack detected by the voltage detection means exceeds a preset threshold value. Driving circuit.
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