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JPH06140682A - Driving circuit for piezoelectric element - Google Patents

Driving circuit for piezoelectric element

Info

Publication number
JPH06140682A
JPH06140682A JP4284727A JP28472792A JPH06140682A JP H06140682 A JPH06140682 A JP H06140682A JP 4284727 A JP4284727 A JP 4284727A JP 28472792 A JP28472792 A JP 28472792A JP H06140682 A JPH06140682 A JP H06140682A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
piezoelectric element
pzt
circuit
charge
Prior art date
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Granted
Application number
JP4284727A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2870324B2 (en
Inventor
Hirotada Hayashi
宏直 林
Motoyuki Kondou
基志 近藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP4284727A priority Critical patent/JP2870324B2/en
Publication of JPH06140682A publication Critical patent/JPH06140682A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2870324B2 publication Critical patent/JP2870324B2/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D41/2096Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors

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

Abstract

PURPOSE:To secure elongation length being stable to temperature and materialize a driving circuit at low cost by detecting the temperature without using temperature sensor, concerning the driving circuit for a piezoelectric element used for the fuel injection value of an internal combustion engine. CONSTITUTION:A capacitor 14 is provided in parallel with PZT 11. The voltage across the capacitor 14 is supplied to a voltage detecting circuit 16b through an amplifier 16a. The voltage detecting circuit 16b detects the voltages V1 and V2 across the capacitor 14 before and after charge. A charge calculating circuit 17 calculates the charge Q which has shifted from the capacitor 14 to PZT 11, based on V1 and V2. A temperature calculating circuit 18 calculates the temperature T of PZT 11, based on V1 and V2. A power source voltage control circuit 19a and a power source voltage compensating circuit 19 set the output voltage of a DC-DC converter 15, based on Q and T.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は圧電素子の駆動回路に係
り、特に内燃機関の燃料噴射弁の開閉弁アクチュエータ
として使用される圧電素子の駆動回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric element drive circuit, and more particularly to a piezoelectric element drive circuit used as an on-off valve actuator for a fuel injection valve of an internal combustion engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、圧電素子は、キャパシタと同
様に蓄電性を有し、素子の両端に電圧が印加されると、
蓄えた電荷に応じた伸縮を示す素子であることが知られ
ている。そして、その優れた圧電効果のため、種々のア
クチュエータに利用され、例えば、車載用内燃機関の燃
料噴射弁の開閉を行うアクチュエータとして使用されて
いる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a piezoelectric element has a storage capacity similar to a capacitor, and when a voltage is applied across the element,
It is known to be an element that expands and contracts according to the stored charge. Because of its excellent piezoelectric effect, it is used in various actuators, for example, it is used as an actuator that opens and closes a fuel injection valve of a vehicle-mounted internal combustion engine.

【0003】圧電素子を燃料噴射弁の開閉に用いた場
合、その伸縮長が変動すると、燃料噴射量にバラツキが
生じる。従って、圧電素子に常に一定の電荷が充電され
るように駆動することが要求される。しかし、圧電素子
の静電容量は温度依存性を有しており、圧電素子の温度
上昇に伴って増大する。
When a piezoelectric element is used to open and close a fuel injection valve, variations in the expansion and contraction length cause variations in the fuel injection amount. Therefore, it is required to drive the piezoelectric element so that a constant charge is always charged. However, the capacitance of the piezoelectric element has a temperature dependency, and increases as the temperature of the piezoelectric element rises.

【0004】このため、一定の電圧で圧電素子を充電し
た場合、素子温度が高いほど圧電素子には多量の電荷が
充電され、高温であるほど大きな伸縮長を示すことにな
る。すなわち、圧電素子に一定の電荷を充電するために
は、圧電素子の温度上昇に伴って充電電圧を下げる必要
があり、何らかの方法で、圧電素子温度を検出する必要
がある。
Therefore, when the piezoelectric element is charged with a constant voltage, the higher the element temperature, the more the electric charge is charged in the piezoelectric element, and the higher the temperature, the larger the expansion / contraction length. That is, in order to charge the piezoelectric element with a constant electric charge, it is necessary to lower the charging voltage as the temperature of the piezoelectric element rises, and it is necessary to detect the piezoelectric element temperature by some method.

【0005】特開昭64−69756号公報は、圧電素
子に温度センサを取付け、これにより圧電素子の温度を
測定する装置を開示している。この装置によれば、温度
センサにより測定された温度に基づいて、その温度にお
ける圧電素子の静電容量が求まり、その静電容量に対し
て適切な充電電圧を設定することができる。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 64-69756 discloses a device in which a temperature sensor is attached to a piezoelectric element and the temperature of the piezoelectric element is measured by the temperature sensor. According to this device, the capacitance of the piezoelectric element at that temperature can be obtained based on the temperature measured by the temperature sensor, and an appropriate charging voltage can be set for the capacitance.

【0006】従って、上記公報記載の駆動回路によれ
ば、圧電素子の温度が変動しても、それにより圧電素子
に充電される電荷量に変動が生じず、その伸縮長が変動
することはない。このため、車載用内燃機関の燃料噴射
弁のように、環境温度が頻繁に変動する部位に圧電素子
を使用した場合でも、温度変化によらず安定した伸縮長
を確保することができる。
Therefore, according to the drive circuit described in the above publication, even if the temperature of the piezoelectric element fluctuates, the amount of charge charged in the piezoelectric element does not fluctuate, and the expansion / contraction length thereof does not fluctuate. . Therefore, even when the piezoelectric element is used in a portion where the environmental temperature frequently changes, such as a fuel injection valve of an on-vehicle internal combustion engine, a stable expansion / contraction length can be ensured regardless of temperature changes.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の装
置は、圧電素子を駆動する回路と別個に、適当な部位に
圧電素子の温度を測定するための温度センサを設けるこ
とが必要になる。従って、圧電素子の駆動回路として上
記従来の装置を使用する場合、温度センサの取付けに伴
うコストアップが避けられないという問題を有してい
る。
However, in the above-mentioned conventional device, it is necessary to provide a temperature sensor for measuring the temperature of the piezoelectric element at an appropriate portion, separately from the circuit for driving the piezoelectric element. Therefore, when the above-mentioned conventional device is used as the drive circuit of the piezoelectric element, there is a problem that the cost increase due to the attachment of the temperature sensor cannot be avoided.

【0008】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、圧電素子の温度変化に伴って圧電素子に充電され
る電荷量が変化することに着目して、温度センサに因ら
ずに温度検出を行うことにより、温度に対して安定した
伸縮長を確保できると共に、低コストで実現できる圧電
素子の駆動回路を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and paying attention to the fact that the amount of charge charged in the piezoelectric element changes with the temperature change of the piezoelectric element, regardless of the temperature sensor. An object of the present invention is to provide a piezoelectric element drive circuit which can secure a stable expansion / contraction length with respect to temperature and can be realized at low cost by performing temperature detection.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する圧
電素子の駆動回路の原理図を図1に示す。
FIG. 1 shows a principle diagram of a piezoelectric element drive circuit that achieves the above object.

【0010】図1中符号1は、圧電素子を示す。圧電素
子1の充電系10は、圧電素子1と直列LC回路を構成
するインダクタ2と、この直列LC回路に流れる電流を
制御するスイッチ回路3と、直列LC回路と並列に接続
された電源側コンデンサ4及び電源5とで構成される。
Reference numeral 1 in FIG. 1 indicates a piezoelectric element. The charging system 10 for the piezoelectric element 1 includes an inductor 2 that forms a series LC circuit with the piezoelectric element 1, a switch circuit 3 that controls a current flowing in the series LC circuit, and a power supply-side capacitor that is connected in parallel with the series LC circuit. 4 and a power source 5.

【0011】スイッチ回路3は、圧電素子1に断続的に
電流を流す。充電系10は、直列LC回路の過渡特性を
利用して、圧電素子1を電源側コンデンサ4の充電電圧
より高い電圧で充電する。
The switch circuit 3 intermittently supplies a current to the piezoelectric element 1. The charging system 10 charges the piezoelectric element 1 at a voltage higher than the charging voltage of the power source side capacitor 4 by utilizing the transient characteristic of the series LC circuit.

【0012】コンデンサ電圧検出手段6には、電源側コ
ンデンサ4の両端電圧が供給され、圧電素子1の充電開
始時における電源側コンデンサ4の両端電圧と、圧電素
子1の充電終了時における電源側コンデンサ4の両端電
圧とを検出する。
The voltage across the power source side capacitor 4 is supplied to the capacitor voltage detecting means 6, and the voltage across the power source side capacitor 4 at the start of charging the piezoelectric element 1 and the power source side capacitor at the end of the charging of the piezoelectric element 1. 4 and the voltage across both terminals are detected.

【0013】電荷算出手段7は、コンデンサ電圧検出手
段6により検出された電源側コンデンサ4の両端電圧に
基づいて、圧電素子1に充電された電荷量を算出する。
The charge calculating means 7 calculates the amount of charge charged in the piezoelectric element 1 based on the voltage across the power source side capacitor 4 detected by the capacitor voltage detecting means 6.

【0014】温度算出手段8は、コンデンサ電圧検出手
段6により検出された電源側コンデンサ4の両端電圧に
基づいて、圧電素子1の温度を算出する。
The temperature calculating means 8 calculates the temperature of the piezoelectric element 1 based on the voltage across the power source side capacitor 4 detected by the capacitor voltage detecting means 6.

【0015】電源電圧制御手段9は、電荷算出手段7に
より算出された充電電荷と、温度算出手段8により算出
された圧電素子1の温度とに基づいて、電源5の出力電
圧を制御する。
The power supply voltage control means 9 controls the output voltage of the power supply 5 on the basis of the charge charge calculated by the charge calculation means 7 and the temperature of the piezoelectric element 1 calculated by the temperature calculation means 8.

【0016】[0016]

【作用】上記構成の圧電素子の駆動回路において、前記
スイッチ回路3をオフとして、前記圧電素子1に流れる
電流を遮断している場合、前記電源側コンデンサ4に
は、前記電源から電流が流れ込む。このため、定常状態
における前記電源側コンデンサ4の両端電圧は、前記電
源5の出力電圧と等圧となる。
In the piezoelectric element drive circuit having the above structure, when the switch circuit 3 is turned off to interrupt the current flowing through the piezoelectric element 1, the current flows from the power source into the power source side capacitor 4. Therefore, the voltage across the capacitor 4 on the power supply side in the steady state is equal to the output voltage of the power supply 5.

【0017】前記スイッチ回路3をオンとして、前記圧
電素子1の充電を開始すると、インダクタ2を介して電
源5から圧電素子1に対して電流が流れると共に、前記
電源側コンデンサ4に蓄えられていた電荷も、前記圧電
素子1方向に放電される。
When the switching circuit 3 is turned on and the charging of the piezoelectric element 1 is started, a current flows from the power source 5 to the piezoelectric element 1 via the inductor 2 and is stored in the power source side capacitor 4. The electric charge is also discharged in the direction of the piezoelectric element 1.

【0018】前記圧電素子1の充電が進行し、前記圧電
素子1の両端電圧が電源5の出力電圧に近づくと、前記
充電系10を流れる電流は減少しようとする。すると、
前記インダクタ2に、この電流を流し続けようとする方
向の逆起電力が生じる。このため、圧電素子1の両端電
圧が電源5の出力電圧に達しても、充電系10には電流
が流れ続け、圧電素子1が電源5の出力電圧より高い電
圧に充電されて、充電が終了する。
When the charging of the piezoelectric element 1 progresses and the voltage across the piezoelectric element 1 approaches the output voltage of the power supply 5, the current flowing through the charging system 10 tends to decrease. Then,
A counter electromotive force is generated in the inductor 2 in the direction in which the current continues to flow. Therefore, even if the voltage across the piezoelectric element 1 reaches the output voltage of the power supply 5, the current continues to flow in the charging system 10, the piezoelectric element 1 is charged to a voltage higher than the output voltage of the power supply 5, and the charging ends. To do.

【0019】前記電源側コンデンサ4は、前記圧電素子
1に充電される電荷のうち、前記電源5からの電流で賄
えない分を放電により補う。この際、前記電源5から流
れ込む電荷は、前記電源側コンデンサ4から流れ込む電
荷に比べて小さい量である。このため、前記圧電素子1
に充電された電荷は、前記電源側コンデンサ1から放電
された電荷と対応した量になる。
The power supply side capacitor 4 supplements the electric charge charged in the piezoelectric element 1 with a discharge that cannot be covered by the current from the power supply 5. At this time, the electric charge flowing from the power supply 5 is smaller than the electric charge flowing from the power supply side capacitor 4. Therefore, the piezoelectric element 1
The amount of electric charge charged to the power source 1 corresponds to the amount of electric charge discharged from the power source side capacitor 1.

【0020】また、前記圧電素子1の充電開始前におけ
る両端電圧は、前記電源5の出力電圧と等圧であり、充
電が進行するにつれて両端電圧が低下し、充電終了時に
おいてほぼ最低値となる。従って、前記圧電素子1の充
電開始時における前記電源側コンデンサ4の両端電圧
と、前記圧電素子1の充電終了時における前記電源側コ
ンデンサ4の両端電圧との差は、前記圧電素子1に充電
された電荷量に対応する値となる。
The voltage across the piezoelectric element 1 before the start of charging is equal to the output voltage of the power source 5, the voltage across the piezoelectric element 1 decreases as the charging progresses, and reaches a minimum value at the end of charging. . Therefore, the difference between the voltage across the power source side capacitor 4 at the start of charging the piezoelectric element 1 and the voltage across the power source side capacitor 4 at the end of the charging of the piezoelectric element 1 causes the piezoelectric element 1 to be charged. The value corresponds to the amount of charge.

【0021】また、前記圧電素子1に充電される電荷量
は、前記圧電素子1の充電開始時における前記電源側コ
ンデンサ4の両端電圧と、前記圧電素子1の静電容量と
により決まる値である。つまり、前記圧電素子1の静電
容量、すなわち前記圧電素子1の温度は、充電開始時に
おける前記電源側コンデンサ4の両端電圧と、前記圧電
素子1に充電された電荷量、すなわち、充電前後におけ
る前記電源側コンデンサ4の両端電圧の差により決まる
値である。
The amount of electric charge charged in the piezoelectric element 1 is a value determined by the voltage across the power source side capacitor 4 at the start of charging the piezoelectric element 1 and the electrostatic capacity of the piezoelectric element 1. . That is, the capacitance of the piezoelectric element 1, that is, the temperature of the piezoelectric element 1 is determined by the voltage across the capacitor 4 on the power source side at the start of charging and the amount of charge charged in the piezoelectric element 1, that is, before and after charging. It is a value determined by the difference in voltage across the power supply side capacitor 4.

【0022】ところで、前記コンデンサ電圧検出手段6
は、前記圧電素子1の充電前後における前記電源側コン
デンサ1の両端電圧と検出し、その検出値を前記電荷算
出手段7及び前記温度算出手段8に供給する。そして、
前記電荷算出手段7及び前記温度算出手段8は、前記圧
電素子1の充電前後における前記電源側コンデンサ4の
両端電圧と、前記圧電素子1に充電される電荷量及び前
記圧電素子1の温度との関係に基づいて、それぞれ電荷
量及び温度を算出する。
By the way, the capacitor voltage detecting means 6
Detects the voltage across the power source side capacitor 1 before and after charging the piezoelectric element 1, and supplies the detected value to the charge calculating means 7 and the temperature calculating means 8. And
The charge calculating unit 7 and the temperature calculating unit 8 calculate the voltage across the power source side capacitor 4 before and after the piezoelectric element 1 is charged, the amount of charge charged in the piezoelectric element 1 and the temperature of the piezoelectric element 1. The charge amount and the temperature are calculated based on the relationship.

【0023】前記電源電圧制御手段9は、前記電荷算出
手段7が算出した電荷量が、目標の電荷量に近づくよう
に、前記電源5の出力電圧を設定すると共に、前記温度
算出手段8で算出された前記圧電素子1の温度に基づい
て、前記圧電素子1の静電容量の変動分を相殺するよう
に、前記電源5の出力電圧を補正する。
The power supply voltage control means 9 sets the output voltage of the power supply 5 so that the charge amount calculated by the charge calculation means 7 approaches a target charge amount, and the temperature calculation means 8 calculates the output voltage. The output voltage of the power supply 5 is corrected so as to cancel the variation of the electrostatic capacitance of the piezoelectric element 1 based on the temperature of the piezoelectric element 1.

【0024】[0024]

【実施例】図2は、本発明に係る圧電素子の駆動回路の
一実施例の構成を表すブロック図を示す。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of a piezoelectric element drive circuit according to the present invention.

【0025】同図中、符号11は本実施例回路における
圧電素子であるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を示
す。このPZT11は、薄板状の圧電素子を多数枚積層
した構造をなし、両極端子に電圧を印加すると圧電効果
により長手方向に伸長する。また、電圧の印加を停止す
ると即座に元の長さまで収縮する。
In the figure, reference numeral 11 indicates lead zirconate titanate (PZT) which is a piezoelectric element in the circuit of this embodiment. The PZT 11 has a structure in which a large number of thin plate piezoelectric elements are laminated, and when a voltage is applied to the bipolar terminals, the PZT 11 expands in the longitudinal direction by the piezoelectric effect. In addition, when the voltage application is stopped, it immediately contracts to the original length.

【0026】このように、PZT11は、圧電効果によ
り優れた応答性を有している。またPZT11は、充電
された電荷量に応じた正確な変位を示すことが知られて
おり、従来より、図3に示すように、車載用内燃機関の
燃料噴射弁30等に使用されている。
As described above, the PZT 11 has excellent responsiveness due to the piezoelectric effect. Further, the PZT 11 is known to exhibit an accurate displacement according to the amount of charged electric charge, and has conventionally been used for the fuel injection valve 30 of an in-vehicle internal combustion engine as shown in FIG.

【0027】以下、本実施例のPZT11が適用される
燃料噴射弁30の構成について説明する。
The structure of the fuel injection valve 30 to which the PZT 11 of this embodiment is applied will be described below.

【0028】図3中、符号31は燃料噴射弁30のハウ
ジングを示し、その一端には燃料噴射口32が設けられ
ている。また、ハウジング31内には、噴射口32を開
閉することができるニードルバルブ33が配置されてい
る。
In FIG. 3, reference numeral 31 indicates a housing of the fuel injection valve 30, and a fuel injection port 32 is provided at one end thereof. A needle valve 33 that can open and close the injection port 32 is arranged in the housing 31.

【0029】噴射口32には燃料通路34が連通可能に
設けられている。この燃料通路34は外部の燃料供給源
(図示せず)に連結されており、燃料噴射弁30には常
に一定の高圧で燃料が供給されている。従って、ニード
ルバルブ33が噴射口32を開放すると、燃料通路34
に供給されていた燃料が一定の高圧で内燃機関の燃焼室
内に噴射されることになる。
A fuel passage 34 is provided so as to be able to communicate with the injection port 32. The fuel passage 34 is connected to an external fuel supply source (not shown), and the fuel is always supplied to the fuel injection valve 30 at a constant high pressure. Therefore, when the needle valve 33 opens the injection port 32, the fuel passage 34
The fuel supplied to the internal combustion engine is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine at a constant high pressure.

【0030】ハウジング31の内部にはシリンダ35が
形成されている。このシリンダ35内には、ニードルバ
ルブ33と一体に成形され、シリンダ35内を摺動でき
るピストン36,PZT11及びこれを上下から保持す
るキャップ37,38等が収納されている。ここで、上
方のキャップ37はハウジング31の上部壁に当接し、
下方のキャップ38はシリンダ35内を摺動することが
できる。
A cylinder 35 is formed inside the housing 31. A piston 36, PZT 11, which is formed integrally with the needle valve 33 and is slidable in the cylinder 35, and caps 37, 38 for holding the piston from above and below are housed in the cylinder 35. Here, the upper cap 37 contacts the upper wall of the housing 31,
The lower cap 38 can slide in the cylinder 35.

【0031】従って、PZT11が電圧の供給を受けて
伸縮すると、下方のキャップ38はPZT11の伸縮と
共にシリンダ35内を摺動することになる。尚、燃料噴
射弁30には、PZT11を駆動する電圧を印加するた
めのリード線39,40が設けられている。
Therefore, when the PZT 11 receives the voltage supply and expands and contracts, the lower cap 38 slides in the cylinder 35 as the PZT 11 expands and contracts. The fuel injection valve 30 is provided with lead wires 39 and 40 for applying a voltage for driving the PZT 11.

【0032】ところで、シリンダ35内の、ニードルバ
ルブ33と一体に設けられたピストン36と下方キャッ
プ38との間には油圧室41が形成されている。また、
ピストン36の下側には復帰用の皿バネ42が配置され
る。
By the way, a hydraulic chamber 41 is formed in the cylinder 35 between the piston 36 integrally formed with the needle valve 33 and the lower cap 38. Also,
A disc spring 42 for returning is arranged below the piston 36.

【0033】従って、PZT11が充電電圧を受けて伸
長すると、下方キャップ38及び油圧室41内の作動油
を介して、ピストン36が押圧される。ピストン36が
押圧されると、ニードルバルブ33が噴射口32を閉塞
し、燃料の供給が停止される。また、PZT11が、電
荷を放電して収縮すると、皿バネ42がピストン36を
押し返し、噴射口32が燃料通路36と連通するため再
び燃料の噴射が行われる。
Accordingly, when the PZT 11 receives the charging voltage and extends, the piston 36 is pressed through the hydraulic oil in the lower cap 38 and the hydraulic chamber 41. When the piston 36 is pressed, the needle valve 33 closes the injection port 32 and the fuel supply is stopped. When the PZT 11 discharges electric charge and contracts, the disc spring 42 pushes back the piston 36 and the injection port 32 communicates with the fuel passage 36, so that fuel is injected again.

【0034】このように、本実施例のPZT11は、燃
料噴射弁30の開閉弁を行うアクチュエータに用いられ
ており、使用環境温度が頻繁に、かつ大幅に変動すると
共に、高い精度で伸縮することを要求される。
As described above, the PZT 11 of this embodiment is used for the actuator that opens and closes the fuel injection valve 30, and the operating environment temperature frequently and drastically fluctuates and expands and contracts with high accuracy. Is required.

【0035】以下、このような要求を満たす駆動回路の
一例として、図2に示す駆動回路の構成を詳細に説明す
る。
The configuration of the drive circuit shown in FIG. 2 will be described in detail below as an example of the drive circuit satisfying such requirements.

【0036】図2中、符号12は、PZT11と直列に
接続され、直列LC回路を構成するインダクタを示す。
PZT11とインダクタ12との間には、スイッチ回路
に相当するサイリスタ13が設けられている。このサイ
リスタ13は、後述の充放電制御回路21により駆動さ
れ、PZT11に流れ込む電流を制御すると共に、PZ
T11からインダクタ12方向への電流の逆流を遮断す
る。
In FIG. 2, reference numeral 12 indicates an inductor which is connected in series with the PZT 11 and constitutes a serial LC circuit.
A thyristor 13 corresponding to a switch circuit is provided between the PZT 11 and the inductor 12. The thyristor 13 is driven by a charge / discharge control circuit 21 described later, controls the current flowing into the PZT 11, and controls the PZT 11.
The reverse flow of current from T11 to the inductor 12 is cut off.

【0037】符号14は、電源側コンデンサに相当する
静電容量C1 の電解コンデンサで、上記のPZT11,
インダクタ12,サイリスタ13からなる直列LC回路
と並列に、DC−DCコンバータ15に接続されてい
る。このDC−DCコンバータ15は、本実施例回路に
おける電源に相当し、外部からの指令により出力電圧を
変更することができる。
Reference numeral 14 is an electrolytic capacitor having an electrostatic capacity C 1 corresponding to a power source side capacitor, which is the PZT 11,
The series LC circuit including the inductor 12 and the thyristor 13 is connected in parallel to the DC-DC converter 15. The DC-DC converter 15 corresponds to the power supply in the circuit of this embodiment and can change the output voltage according to an external command.

【0038】また、コンデンサ14の両極端子には、増
幅器16aを介してコンデンサ電圧検出回路16bが接
続されている。このコンデンサ電圧検出回路16bは、
後述の制御回路21からPZT11の充電開始を表す充
電タイミング信号の供給を受ける。そして、その時点に
おけるコンデンサ14の両端電圧を、PZT11の充電
開始時電圧V1 として取り込む。
Further, a capacitor voltage detection circuit 16b is connected to both polar terminals of the capacitor 14 via an amplifier 16a. This capacitor voltage detection circuit 16b is
A charge timing signal indicating the start of charging the PZT 11 is supplied from the control circuit 21 described later. Then, the voltage across the capacitor 14 at that time is fetched as the charging start voltage V 1 of the PZT 11.

【0039】PZT11を充電するためにサイリスタ1
3がオンとなると、図4(A)にI PZT として示すよう
に、PZT11にはインダクタ12を介して電流が流れ
込む。このIPZT は、主にコンデンサ14に充電されて
いた電荷がインダクタ12を経てPZT11に流入した
ものである。
Thyristor 1 for charging the PZT 11
When 3 is turned on, I in FIG. PZTAs shown
In addition, a current flows through the PZT 11 via the inductor 12.
Put in. This IPZTIs mainly charged in the capacitor 14
Charge flowed into the PZT 11 via the inductor 12.
It is a thing.

【0040】PZT11にIPZT が流れ込むと、PZT
11には、図4(B)に示すようにIPZT の積分値に対
応する電荷QPZT が充電される。このため、PZT11
の両端電圧VPZT は、QPZT に比例して大きくなり、や
がてDC−DCコンバータ15の出力電圧と等圧にな
る。
When I PZT flows into PZT 11, PZT
As shown in FIG. 4B, the charge 11 is charged with the charge Q PZT corresponding to the integrated value of I PZT . Therefore, PZT11
The voltage V PZT between the two becomes larger in proportion to Q PZT , and eventually becomes equal to the output voltage of the DC-DC converter 15.

【0041】このように、PZT11の両端電圧がDC
−DCコンバータ15の出力電圧と等圧になれば、もは
や両者に電位差がないため、その時点でPZT11への
電荷の流入は終了するはずである。しかし、上記したよ
うに、PZT11とDC−DCコンバータ15との間に
は、電流変化を抑制する向きに逆起電力を生ずるインダ
クタ12が配置されている。
Thus, the voltage across the PZT 11 is DC
If the output voltage of the −DC converter 15 becomes equal to the output voltage, there is no potential difference between the two, so that the inflow of charges into the PZT 11 should end at that point. However, as described above, between the PZT 11 and the DC-DC converter 15, the inductor 12 that generates the counter electromotive force in the direction of suppressing the current change is arranged.

【0042】従って、インダクタ12を流れる電流(I
PZT )が減少しようとすると、インダクタ12にその電
流を流し続けようとする向きの起電力が生じ、PZT1
1にはさらに電荷が供給され続ける。このため、充電終
了時におけるPZT11の両端電圧は、DC−DCコン
バータ15の出力電圧より高い電圧となる。そして、サ
イリスタ13により電荷の逆流が遮られ、PZT11は
高圧に充電された状態で保持されることになる。
Therefore, the current (I
When PZT ) decreases, an electromotive force is generated in the inductor 12 in a direction to keep the current flowing, and PZT1
1 continues to be supplied with electric charges. Therefore, the voltage across the PZT 11 at the end of charging is higher than the output voltage of the DC-DC converter 15. Then, the reverse flow of electric charges is blocked by the thyristor 13, and the PZT 11 is held in a state of being charged to a high voltage.

【0043】ところで、DC−DCコンバータ15が流
し得る電流には限界がある。このため、PZT11の充
電時のように、瞬時に多量の電荷の移動が要求される場
合、図4(C)に示すように、充電開始(時刻t1 )と
共に電流が飽和し、IPZT の要求量に対する不足分は、
コンデンサ14からの放電で補われる。
By the way, there is a limit to the current that the DC-DC converter 15 can flow. Therefore, when a large amount of charge transfer is required instantaneously as in the case of charging the PZT 11 , as shown in FIG. 4C, the current saturates at the start of charging (time t 1 ) and the I PZT The shortfall for the requested amount is
It is supplemented by the discharge from the capacitor 14.

【0044】従って、図4(D)に示すように、PZT
11の充電が開始されてから終了するまでの間(時刻t
1 〜時刻t2 )コンデンサ14の両端電圧は減少を続
け、PZT11の充電終了時においてほぼ最小値とな
る。そして、その後再びDC−DCコンバータ15から
電荷が供給されるに従って両端電圧が徐々に上昇する。
Therefore, as shown in FIG.
11 from the start to the end of charging (time t
1 to time t 2 ) The voltage across the capacitor 14 continues to decrease and reaches the minimum value at the end of charging the PZT 11. Then, after that, as the electric charges are supplied from the DC-DC converter 15 again, the voltage across the terminals gradually increases.

【0045】コンデンサ電圧検出回路16bは、コンデ
ンサ14の両端電圧を監視し、両端電圧が最低になった
時点で(図4(D)中、時刻t2 )、コンデンサ14の
両端電圧を充電終了時電圧V2 として取り込む。そし
て、このようにして検出した充電開始時電圧V1 及び充
電終了時電圧V2 を、電荷算出回路17及び温度算出回
路18に供給する。
The capacitor voltage detection circuit 16b monitors the voltage across the capacitor 14, and when the voltage across the capacitor 14 becomes the lowest (time t 2 in FIG. 4D), the voltage across the capacitor 14 is terminated. Take in as voltage V 2 . Then, the charging start voltage V 1 and the charging end voltage V 2 thus detected are supplied to the charge calculation circuit 17 and the temperature calculation circuit 18.

【0046】上記したように、PZT11に蓄えられた
電荷QPZT は、充電期間中にDC−DCコンバータ15
から流出した電荷と、コンデンサ14の放電により流出
した電荷との合計である。しかし、DC−DCコンバー
タ15が流し得る電流は、コンデンサ14が放電時に瞬
間的に流し得る電流に比べて小さい値である。また、P
ZT11の静電容量はコンデンサ14の静電容量に比べ
て十分に小さく、PZT11の充電は実質的には瞬時に
終了する。
As described above, the charge Q PZT stored in the PZT 11 is supplied to the DC-DC converter 15 during the charging period.
Is the total of the charges flowing out of the capacitor and the charges flowing out due to the discharge of the capacitor 14. However, the current that the DC-DC converter 15 can flow is a smaller value than the current that the capacitor 14 can instantaneously flow when discharging. Also, P
The electrostatic capacity of ZT11 is sufficiently smaller than the electrostatic capacity of the capacitor 14, and the charging of PZT11 is practically instantaneously terminated.

【0047】このため、PZT11に蓄えられた電荷量
PZT は、ほぼコンデンサ14から流出した電荷量に近
似することができ、QPZT ≒C1 *(V1 −V2 )とし
て表すことができる。電荷量算出回路17は、この特性
を利用してQPZT の算出を行い、算出した値を電源電圧
制御回路19aに供給している。
[0047] Therefore, the charge amount Q PZT stored in PZT11, can be substantially it is possible to approximate the amount of charge flowing out from the capacitor 14, represented as Q PZT ≒ C 1 * (V 1 -V 2) . Charge amount calculating circuit 17 performs a calculation of the Q PZT Using this characteristic, and supplies the calculated value to the power supply voltage control circuit 19a.

【0048】電源電圧制御回路19aは、電荷量算出回
路18から供給された値と、PZT11に充電すべき目
標電荷量とを比較して、QPZT が目標値に近づくような
値に、DC−DCコンバータ15の出力電圧値の基準値
を設定する。
The power supply voltage control circuit 19a compares the value supplied from the charge amount calculation circuit 18 with the target charge amount to be charged in the PZT 11, and sets DC- to a value such that Q PZT approaches the target value. The reference value of the output voltage value of the DC converter 15 is set.

【0049】尚、従来の駆動回路では、QPZT の検出は
一般にIPZT を積分することにより行われていた。この
ため駆動回路内に、ピックアップコイル等の電流検出用
センサ及び積分回路を必要とした。これに対して本実施
例の駆動回路は、上記したようにコンデンサ14の両端
電圧の変動に基づいてQPZT を算出する。このため、電
流検出用センサや積分器等を設ける必要がなく、従来に
比べて駆動回路の構成の簡素化が可能となる。
In the conventional drive circuit, Q PZT is generally detected by integrating I PZT . Therefore, a current detecting sensor such as a pickup coil and an integrating circuit are required in the drive circuit. On the other hand, the drive circuit of the present embodiment calculates Q PZT based on the fluctuation of the voltage across the capacitor 14 as described above. For this reason, it is not necessary to provide a current detection sensor, an integrator, or the like, and the configuration of the drive circuit can be simplified as compared with the related art.

【0050】ところで、PZT11の静電容量C
PZT は、図5(A)に示すように温度依存性を有してお
り、PZT11の温度TPZT が上昇すると、それに伴っ
て増加する傾向にある。従って、図2に示す駆動回路に
おいて、DC−DCコンバータ15の出力電圧、すなわ
ち上記充電時電圧V1 が一定であるとすると、PZT1
1の温度上昇に伴って、一回の充電でPZT11に充電
される電荷QPZT が増加することになる。
By the way, the electrostatic capacitance C of PZT11
As shown in FIG. 5 (A), PZT has temperature dependence, and when the temperature T PZT of PZT 11 rises, it tends to increase accordingly. Therefore, in the drive circuit shown in FIG. 2, assuming that the output voltage of the DC-DC converter 15, that is, the charging voltage V 1 is constant, PZT1
As the temperature rises by 1, the charge Q PZT charged in the PZT 11 increases in one charge.

【0051】つまり、充電開始時電圧V1 が一定であれ
ば、充電終了時電圧V2 は、PZT11の温度TPZT
関数で表されることになる。図5(B)は、これら
1 ,V 2 とTPZT との関係を表しており、V1 ,V2
の組み合わせに対してTPZT が一義的に決まることを表
している。本実施例の駆動回路における温度算出回路1
8は、この関係を利用してPZT11の温度TPZT を算
出し、その値を電源電圧補正回路19bに供給してい
る。
That is, the charging start voltage V1Is constant
For example, the voltage V at the end of charging2Is the temperature T of PZT11PZTof
It will be represented by a function. FIG. 5B shows these.
V1, V 2And TPZTIt shows the relationship with1, V2
T for a combination ofPZTShows that is uniquely determined
is doing. Temperature calculation circuit 1 in the drive circuit of this embodiment
8 uses this relationship to determine the temperature T of the PZT 11.PZTCalculate
And supplies the value to the power supply voltage correction circuit 19b.
It

【0052】電源電圧補正回路19bは、温度検出回路
18で検出されたPZT11の温度TPZT に基づいて、
上記の電源電圧制御回路19aで設定されたDC−DC
コンバータ15の出力電圧値の補正を行っている。
The power supply voltage correction circuit 19b, based on the temperature T PZT of the PZT 11 detected by the temperature detection circuit 18,
DC-DC set by the power supply voltage control circuit 19a
The output voltage value of the converter 15 is corrected.

【0053】上記したように、PZT11の温度TPZT
が上昇すると、同一の電圧で充電を行った場合、PZT
11の充電電荷QPZT が増加する。一方、PZT11は
充電電荷量に応じた正確な伸縮を示す素子である。従っ
て、PZT11を、温度に因らずに一定の伸縮で駆動す
るためには、PZT11の温度の変動に充電電圧を追従
させる必要がある。
As described above, the temperature T PZT of the PZT 11
If the same voltage is used for charging, PZT
The charge Q PZT of 11 increases. On the other hand, the PZT 11 is an element that exhibits accurate expansion and contraction according to the amount of charge. Therefore, in order to drive the PZT 11 with a constant expansion and contraction regardless of the temperature, it is necessary to make the charging voltage follow the fluctuation of the temperature of the PZT 11.

【0054】そこで、本実施例の駆動回路では、電源電
圧補正回路19bにおいて、静電容量CPZT の変化を相
殺するための補正電圧ΔV1 を、図5(C)に示すマッ
プに基づいて、温度算出回路18で検出したTPZT から
求め、上記の電源電圧制御回路で設定されたV1 に補正
として加えることとした。
Therefore, in the drive circuit of the present embodiment, the correction voltage ΔV 1 for canceling the change of the electrostatic capacitance C PZT in the power supply voltage correction circuit 19b is calculated based on the map shown in FIG. 5C. It is determined from T PZT detected by the temperature calculation circuit 18 and added as a correction to V 1 set by the power supply voltage control circuit.

【0055】このように、本実施例の駆動回路によれ
ば、温度センサを使用することなくPZT11の温度T
PZT の検出を、また、電流センサや積分回路を用いるこ
となくPZT11に充電された電荷QPZT の検出をする
ことができる。そして、これらTPZT 及びQPZT に基づ
いて、DC−DCコンバータ15の出力電圧をフィード
バック制御することにより、PZT11の充電電荷Q
PZT を精度良く目標値付近に保持することができる。
As described above, according to the drive circuit of this embodiment, the temperature T of the PZT 11 can be adjusted without using the temperature sensor.
The PZT can be detected, and the charge Q PZT charged in the PZT 11 can be detected without using a current sensor or an integrating circuit. Then, based on these T PZT and Q PZT , feedback control of the output voltage of the DC-DC converter 15 is performed to charge the charge Q of the PZT 11.
The PZT can be accurately maintained near the target value.

【0056】図2中、符号22及び23は、PZT11
に充電された電荷QPZT を放電するためのインダクタ及
びサイリスタを示す。インダクタ22は、充電側のイン
ダクタ12と同様に、PZT11と直列LC回路を構成
し、PZT11を過剰に放電させる作用を有している。
In FIG. 2, reference numerals 22 and 23 denote PZT11.
2 shows an inductor and a thyristor for discharging the charge Q PZT charged in the first place. Like the inductor 12 on the charging side, the inductor 22 forms a series LC circuit with the PZT 11 and has an action of excessively discharging the PZT 11.

【0057】また、サイリスタ23は、放電側のスイッ
チ回路に相当し、充放電制御回路21から放電信号の供
給を受けるとオンとなり、PZT11からインダクタ2
3方向に電流を通過させる。
Further, the thyristor 23 corresponds to a switch circuit on the discharge side, is turned on when receiving a discharge signal from the charge / discharge control circuit 21, and is turned on from the PZT 11 to the inductor 2.
Pass current in three directions.

【0058】充放電制御回路21は、充電側サイリスタ
13と放電側サイリスタ23とを所定の間隔で交互にオ
ンとして、PZT11に充放電を繰り返させる。すなわ
ちPZT11は、充放電制御回路21が充放電信号を発
する周期で伸縮する。従って、図3に示す燃料噴射弁3
0からは、充放電制御回路21から放電信号が発せられ
てから、次に充電信号が発せられるまでの間燃料が噴射
されることになる。
The charging / discharging control circuit 21 alternately turns on the charging side thyristor 13 and the discharging side thyristor 23 at predetermined intervals to cause the PZT 11 to repeat charging / discharging. That is, the PZT 11 expands and contracts in a cycle in which the charge / discharge control circuit 21 issues a charge / discharge signal. Therefore, the fuel injection valve 3 shown in FIG.
From 0, fuel is injected from when the discharge signal is issued from the charge / discharge control circuit 21 until the next charge signal is issued.

【0059】図6は、上記実施例の回路をマイクロコン
ピュータを用いて実現した例の構成を表す図を示す。本
実施例においては、図2に示すブロック図中、コンデン
サ電圧検出回路16b,電荷算出回路17,温度算出回
路18,電源電圧制御回路19a,電源電圧補正回路1
9b,充放電制御回路21をマイクロコンピュータ50
で実現している。尚、図2と同一の構成部分には、同一
の符号を付してその説明を省略する。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an example in which the circuit of the above embodiment is realized by using a microcomputer. In the present embodiment, in the block diagram shown in FIG. 2, capacitor voltage detection circuit 16b, charge calculation circuit 17, temperature calculation circuit 18, power supply voltage control circuit 19a, power supply voltage correction circuit 1
9b, the charge / discharge control circuit 21 is a microcomputer 50
It is realized in. The same components as those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0060】図6中、マイクロコンピュータ50は、A
/Dコンバータを内蔵する入力ポート51,出力ポート
52,リードオンリメモリ(ROM)53,ランダムア
クセスメモリ(RAM)54,中央処理装置(CPU)
55,及びこれらを互いに接続する共通バス56により
構成される。
In FIG. 6, the microcomputer 50 is A
Input port 51 with built-in / D converter, output port 52, read only memory (ROM) 53, random access memory (RAM) 54, central processing unit (CPU)
55, and a common bus 56 connecting them to each other.

【0061】入力ポート51には、内燃機関に流入する
空気量を検出するエアフロメータ61,内燃機関の冷却
水温を検出する水温センサ62,アクセル開度を検出す
るスロットルセンサ63,及び機関回転数を検出する回
転数センサ64等の出力端子が接続されると共に、コン
デンサ14の両端電圧を増幅する増幅器16aの出力端
子が接続されている。
The input port 51 includes an air flow meter 61 for detecting the amount of air flowing into the internal combustion engine, a water temperature sensor 62 for detecting the cooling water temperature of the internal combustion engine, a throttle sensor 63 for detecting the accelerator opening, and an engine speed. Output terminals of the rotation speed sensor 64 and the like for detection are connected, and also an output terminal of an amplifier 16a for amplifying the voltage across the capacitor 14 is connected.

【0062】また、出力ポート52には、充電側及び放
電側のサイリスタ13,23及びDC−DCコンバータ
15の入力端子が接続され、それぞれの端子に充電信
号,放電信号及び出力電圧指令信号を供給している。
Further, the output port 52 is connected to the input terminals of the charge-side and discharge-side thyristors 13 and 23 and the DC-DC converter 15, and the charge signal, the discharge signal and the output voltage command signal are supplied to the respective terminals. is doing.

【0063】マイクロコンピュータ50は、各種センサ
61〜64から供給されるデータをROM53内に格納
されているプログラムに従って処理することにより、内
燃機関に供給すべき燃料の量を演算する。そして、その
演算により求められた量を、図3に示す燃料噴射弁30
から内燃機関内に噴射させるため、燃料噴射口32を開
弁させておく時間、すなわちPZT11を収縮させてお
く時間TAUを演算する。
The microcomputer 50 calculates the amount of fuel to be supplied to the internal combustion engine by processing the data supplied from the various sensors 61 to 64 according to the program stored in the ROM 53. Then, the fuel injection valve 30 shown in FIG.
In order to inject the fuel into the internal combustion engine, the time TAU during which the fuel injection port 32 is opened, that is, the time TAU during which the PZT 11 is contracted is calculated.

【0064】そして、そのTAUに従って、サイリスタ
13及び23に対して交互に充放電信号を供給する。こ
のため、PZT11は、所定時間TAUだけ収縮(放
電)状態となる。
Then, according to the TAU, charge / discharge signals are alternately supplied to the thyristors 13 and 23. Therefore, the PZT 11 is in a contracted (discharged) state for a predetermined time TAU.

【0065】一方、ROM53には、PZT11の伸縮
長を一定に保持し、燃料噴射弁30が開弁している際に
噴射される燃料のバラツキを抑制するためのプログラム
も格納されている。以下、このプログラムを実行する際
の動作を、図7のフローチャートに沿って説明する。
On the other hand, the ROM 53 also stores a program for keeping the expansion / contraction length of the PZT 11 constant and suppressing variations in the fuel injected when the fuel injection valve 30 is open. The operation of executing this program will be described below with reference to the flowchart of FIG.

【0066】このルーチンが起動すると、先ずPZT1
1に電荷の充電が開始されたかを見る(ステップ10
1)。ここで、まだ充電が開始されていない場合は、そ
のまま処理を終了し、充電が開始されるのを待つ。
When this routine is started, first PZT1
Check whether the charge of 1 is started (step 10)
1). Here, if the charging has not been started yet, the processing is ended as it is, and the charging is waited for.

【0067】サイリスタ13がオンとなり、PZT11
の充電が開始したら、ステップ102へ進み、その時点
におけるコンデンサ14の両端電圧Vを、充電開始時電
圧V 1 として読み込む(図4(D)参照)。
The thyristor 13 is turned on and the PZT11
When charging starts, go to step 102
The voltage V across the capacitor 14 at
Pressure V 1(See FIG. 4D).

【0068】読み込んだV1 をRAM54に一時保管し
た後ステップ103へ進み、コンデンサ14の両端電圧
Vの変化を監視する。そして、前回のルーチン時と比べ
てVが増加に転じるまで上記のステップ101〜103
を繰り返し実行する(図4(D)中、時刻t1
2 )。
After the read V 1 is temporarily stored in the RAM 54, the process proceeds to step 103 and the change in the voltage V across the capacitor 14 is monitored. Then, the above steps 101 to 103 are performed until V starts to increase as compared with the time of the previous routine.
Is repeatedly executed (from time t 1 to time in FIG. 4D).
t 2 ).

【0069】そして、コンデンサ14の放電が終わり、
両端電圧Vが増加に転じたら、PZT11の充電が終了
したと判断して(図4(D)中時刻t2 )、その時点に
おけるVをPZT11の充電終了時電圧V2 として読み
込む(ステップ104)。
Then, the discharge of the capacitor 14 is finished,
When the both-end voltage V starts to increase, it is determined that the charging of the PZT 11 is completed (time t 2 in FIG. 4D), and V at that time is read as the charging completion voltage V 2 of the PZT 11 (step 104). .

【0070】上記したように、PZT11に充電された
電荷QPZT は、コンデンサ14から流出した電荷にほぼ
等しい。そこで、現状の充電電圧でどの程度の電荷がP
ZT11に充電されているかを把握するため、QPZT
1 (V1 −V2 )を演算する(ステップ105)。
As described above, the charge Q PZT charged in the PZT 11 is almost equal to the charge flowing out from the capacitor 14. Therefore, at the current charging voltage, how much charge is P
Q PZT ≈ to know if ZT11 is charged
C 1 (V 1 −V 2 ) is calculated (step 105).

【0071】そして、上記のステップ105で求めたQ
PZT と目標電荷量とを比較して、Q PZT >目標電荷量、
であれば今回の充電開始時電圧が高すぎたと、また、Q
PZT<目標電荷量、であれば今回の充電開始時電圧が低
すぎたと判断して、次回の充電開始電圧V1 の基準値を
算出する(ステップ106)。
Then, the Q obtained in the above step 105
PZTIs compared with the target charge amount, and Q PZT> Target charge amount,
If this is the case, the voltage at the start of charging this time was too high.
PZT<If the target charge amount, then the voltage at the start of charging this time is low
It is judged that it has passed, and the next charging start voltage V1The reference value of
Calculate (step 106).

【0072】次に、ステップ107では、PZT11の
静電容量の変化を補正するため、PZT11の温度T
PZT の検出を行う。上記したように、TPZT は、V1
びV2により一義的に決まる値である。また、本実施例
のROM53には、各種プログラムと共に、V1 ,V2
とTPZT との関係を表すマップ(図5(B)参照)を格
納している。そこで、ステップ107では、上記のステ
ップ102及び104で検出したV1 及びV2 を用い
て、図5(B)に示すマップからTPZT を読みだしてい
る。
Next, at step 107, in order to correct the change in the electrostatic capacity of the PZT 11, the temperature T of the PZT 11 is adjusted.
Detects PZT . As described above, T PZT is a value uniquely determined by V 1 and V 2 . Further, in the ROM 53 of this embodiment, V 1 and V 2 are stored together with various programs.
And a map (see FIG. 5B) showing the relationship between T PZT and T PZT are stored. Therefore, in step 107, T PZT is read from the map shown in FIG. 5B using V 1 and V 2 detected in steps 102 and 104 described above.

【0073】ROM53はさらに、TPZT の変化による
静電容量CPZT の変化を相殺するための補正電圧ΔV1
に関するマップ(図5(C)参照)をも格納している。
このため、本実施例においては、上記のステップ107
でTPZT が求まったら、その値に基づいて、図5(C)
に示すマップより補正電圧ΔV1 を求めている(ステッ
プ108)。
The ROM 53 is further provided with a correction voltage ΔV 1 for canceling the change in the electrostatic capacitance C PZT due to the change in T PZT.
It also stores a map (see FIG. 5C) related to the above.
Therefore, in the present embodiment, the above step 107 is performed.
When T PZT is obtained in Fig. 5 (C), based on that value.
The correction voltage ΔV 1 is obtained from the map shown in (step 108).

【0074】そして、上記ステップ106で求めた、充
電開始時電圧V1 の基準値に補正電圧ΔV1 を加えるこ
とにより、次回の充電開始時電圧V1 を設定し、出力ポ
ート52からDC−DCコンバータ15に供給して(ス
テップ109)、処理を終了する。
Then, the next charging start voltage V 1 is set by adding the correction voltage ΔV 1 to the reference value of the charging start voltage V 1 obtained in step 106, and the DC-DC from the output port 52 is set. It is supplied to the converter 15 (step 109), and the process is terminated.

【0075】このように、本実施例の駆動回路によれ
ば、温度センサや、電流センサ若しくは積分回路等を設
けることなく、PZT11の充電電荷量を一定とするた
めのフィードバック制御が実行できると共に、温度変化
に伴うPZT11の挙動のバラツキをも補正することが
できる。
As described above, according to the drive circuit of this embodiment, the feedback control for keeping the charge amount of the PZT 11 constant can be executed without providing the temperature sensor, the current sensor, the integrating circuit, or the like. Variations in the behavior of the PZT 11 due to temperature changes can also be corrected.

【0076】従って、従来の圧電素子駆動回路に比べて
回路が簡素化でき、低コスト化が図れると共に、積分回
路等、検出誤差の大きな回路の廃止に伴って、制御の高
精度化及び高信頼性化を図ることができる。
Therefore, the circuit can be simplified and the cost can be reduced as compared with the conventional piezoelectric element drive circuit, and the precision of control and the high reliability of control can be improved with the abolition of a circuit having a large detection error such as an integrating circuit. It can be sexualized.

【0077】尚、上記の実施例においては、サイリスタ
13をオンとするタイミングを検知して充電開始時電圧
1 を、また、コンデンサ14の放電が終わり両端電圧
Vが増加に転じた時点で充電終了時電圧V2 を検出した
が、コンデンサ14の両端電圧を逐次監視して、最大値
及び最小値とをV1 ,V2 として用いてもよい。
In the above embodiment, the charging start voltage V 1 is detected by detecting the timing at which the thyristor 13 is turned on, and the charging is started when the capacitor 14 is discharged and the voltage V at both ends starts to increase. Although the voltage V 2 at the end is detected, the voltage across the capacitor 14 may be sequentially monitored and the maximum value and the minimum value may be used as V 1 and V 2 .

【0078】[0078]

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、圧電素子
の温度検出に温度センサを必要としないと共に、圧電素
子に充電された電荷の検出に、圧電素子に流れ込む電流
を検出するための電流センサとこの電流を積分する積分
回路とを必要としない。
As described above, according to the present invention, a temperature sensor is not necessary for detecting the temperature of the piezoelectric element, and the electric current flowing into the piezoelectric element is detected for detecting the charge charged in the piezoelectric element. There is no need for a current sensor and an integrator circuit to integrate this current.

【0079】このため、従来の圧電素子駆動回路に比べ
て構成が簡素化され、低コスト化が図れると共に、回路
の信頼性向上及び制御の高精度化を図ることができる。
従って、本発明に係る圧電素子の駆動回路は、圧電素子
を、環境温度によらず安定した伸縮長で駆動でき、かつ
低コストで実現できることを要求される圧電素子の駆動
回路に適するという特長を有している。
Therefore, the structure is simplified as compared with the conventional piezoelectric element drive circuit, the cost can be reduced, and the reliability of the circuit can be improved and the control accuracy can be improved.
Therefore, the piezoelectric element drive circuit according to the present invention has a feature that it is suitable for a piezoelectric element drive circuit that is required to be able to drive a piezoelectric element with a stable expansion / contraction length regardless of environmental temperature and to be realized at low cost. Have

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る圧電素子の駆動回路の原理図であ
る。
FIG. 1 is a principle diagram of a drive circuit for a piezoelectric element according to the present invention.

【図2】本発明に係る圧電素子の駆動回路の一実施例の
構成を表すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a piezoelectric element drive circuit according to the present invention.

【図3】本実施例の駆動回路に使用するPZTを動力源
とする燃料噴射弁の構成を表す正面断面図である。
FIG. 3 is a front cross-sectional view showing the configuration of a fuel injection valve using a PZT as a power source, which is used in the drive circuit of this embodiment.

【図4】本実施例の駆動回路によりPZTを充電する際
の、要部における電流等の波形である。
FIG. 4 is a waveform of a current or the like in a main part when the PZT is charged by the drive circuit of the present embodiment.

【図5】本実施例に使用するPZTの温度と静電容量と
の関係等を表す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between temperature and capacitance of PZT used in this example.

【図6】本発明に係る圧電素子の駆動回路をマイクロコ
ンピュータを用いて実現した例の構成を表す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an example in which a drive circuit for a piezoelectric element according to the present invention is realized by using a microcomputer.

【図7】マイクロコンピュータを用いて実現した圧電素
子駆動回路が実行する処理の一例を表すフローチャート
である。
FIG. 7 is a flowchart showing an example of processing executed by a piezoelectric element drive circuit realized using a microcomputer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧電素子 2,12,22 インダクタ 3,13,23 サイリスタ 4 電源側コンデンサ 5 電源 6 コンデンサ電圧検出手段 7 電荷算出手段 8 温度算出手段 9 電源電圧制御手段 10 充電系 11 PZT 14 コンデンサ 15 DC−DCコンバータ 16a 増幅器 16b コンデンサ電圧検出回路 17 電荷算出回路 18 温度検出回路 19a 電源電圧制御回路 19b 電源電圧補正回路 21 充放電制御回路 50 マイクロコンピュータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric element 2, 12, 22 Inductor 3, 13, 23 Thyristor 4 Power supply side capacitor 5 Power supply 6 Capacitor voltage detection means 7 Charge calculation means 8 Temperature calculation means 9 Power supply voltage control means 10 Charging system 11 PZT 14 Capacitor 15 DC-DC Converter 16a Amplifier 16b Capacitor voltage detection circuit 17 Charge calculation circuit 18 Temperature detection circuit 19a Power supply voltage control circuit 19b Power supply voltage correction circuit 21 Charge / discharge control circuit 50 Microcomputer

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧電素子の充電系に、該圧電素子と直列
LC回路を構成するインダクタと、該直列LC回路に流
れる電流を制御するスイッチ回路とを有すると共に、前
記直列LC回路と並列に電源側コンデンサを有し、前記
直列LC回路の過渡特性を利用して、前記圧電素子を充
電する際に、前記電源側コンデンサの両端電圧より高い
充電電圧を前記圧電素子に印加する圧電素子の駆動回路
において、 前記圧電素子の充電開始時における前記電源側コンデン
サの両端電圧と、前記圧電素子の充電終了時における前
記電源側コンデンサの両端電圧とを検出するコンデンサ
電圧検出手段と、 該コンデンサ電圧検出手段により検出された前記電源側
コンデンサの両端電圧に基づいて前記圧電素子に充電さ
れた電荷を算出する電荷算出手段と、 前記コンデンサ電圧検出手段により検出された前記電源
側コンデンサの両端電圧に基づいて前記圧電素子の温度
を算出する温度算出手段と、 前記電荷算出手段により算出された電荷と、前記温度算
出手段により算出された温度とに基づいて、前記圧電素
子の充電系の電源電圧を制御する電源電圧制御手段とを
有することを特徴とする圧電素子の駆動回路。
1. A charging system for a piezoelectric element includes an inductor that forms a series LC circuit with the piezoelectric element, and a switch circuit that controls a current flowing through the series LC circuit, and a power supply connected in parallel with the series LC circuit. A driving circuit for a piezoelectric element that has a side capacitor and applies a charging voltage higher than the voltage across the power source side capacitor to the piezoelectric element when the piezoelectric element is charged by utilizing the transient characteristics of the series LC circuit. In, the capacitor voltage detecting means for detecting the voltage across the power source side capacitor at the start of charging the piezoelectric element and the voltage across the power source side capacitor at the end of charging the piezoelectric element, and the capacitor voltage detecting means. Charge calculating means for calculating the charge charged in the piezoelectric element based on the detected voltage across the power source side capacitor; Temperature calculating means for calculating the temperature of the piezoelectric element based on the voltage across the power source side capacitor detected by the capacitor voltage detecting means, the charge calculated by the charge calculating means, and the temperature calculating means. A drive circuit for a piezoelectric element, comprising: a power supply voltage control means for controlling a power supply voltage of a charging system for the piezoelectric element based on temperature.
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