JP2009005519A - ピエゾアクチュエータ駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ピエゾの駆動装置は、ピエゾに直列なインダクタと、そのインダクタとピエゾとの直列回路に対し電源回路から充電スイッチを介して電源供給を行うための充電経路と、上記直列回路に並列に接続され、放電スイッチを介してピエゾの電荷を放電させるための放電経路とを備える。そして、入力される駆動信号がハイになると、放電スイッチをオフした状態で充電スイッチのオン/オフを繰り返すことによりピエゾを充電して伸長させ、駆動信号がローになると、充電スイッチをオフした状態で放電スイッチのオン/オフを繰り返す放電用スイッチング制御を行うことによりピエゾを放電させて収縮させるが、特に放電用スイッチング制御の終了時から次の駆動開始時まで放電スイッチをオンのままにする。このため、次の駆動開始時のピエゾ電圧を確実にほぼ0Vにすることができる。
【選択図】図2
Description
このような請求項2のピエゾアクチュエータ駆動装置によれば、放電用スイッチング制御が終了した時点でピエゾ電圧が0V近辺まで下がっていなかったとしても、放電用スイッチング制御は、放電スイッチがオンの状態で終了するため、ピエゾアクチュエータの電荷を確実に放電させることができる。このため、請求項1のピエゾアクチュエータ駆動装置と同様に、次にピエゾアクチュエータを駆動するべく充電用スイッチング制御を開始する時のピエゾ電圧をほぼ0Vにすることができ、前述した第1の問題を解決して、ピエゾアクチュエータの駆動精度を向上させることができる。
即ち、直列回路形成用スイッチは、直列に接続された放電許可側スイッチ及び充電許可側スイッチからなると共に、その2つのスイッチのうち、インダクタ側に設けられた放電許可側スイッチには、アノードをインダクタ側にした充電許可ダイオードが並列に接続され、ピエゾアクチュエータ側に設けられた充電許可側スイッチには、アノードをピエゾアクチュエータ側にした放電許可ダイオードが並列に接続されている、という構成である。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態の駆動装置60の構成を表す構成図である。尚、本実施形態の駆動装置60は、車両に搭載されたディーゼルエンジンの燃料噴射装置を構成するものであり、ディーゼルエンジンの各気筒へコモンレールからの高圧燃料を噴射する各インジェクタに設けられたピエゾアクチュエータP1〜P4を充放電させて伸縮させることにより、その各気筒毎のインジェクタに燃料噴射の開始/停止をさせるものである。そして、本実施形態において、エンジンの気筒数は4であり、ピエゾアクチュエータPn(nは1〜4の何れか)は、第n気筒(以下、#nとも記す)に対応するものである。更に、本実施形態の駆動装置60では、エンジンの気筒を2気筒毎にグループ分けしており、第1気筒(#1)と第3気筒(#3)を第1グループとし、第2気筒(#2)と第4気筒(#4)を第2グループとしている。
即ち、駆動装置60は、ピエゾアクチュエータP1,P3が並列に接続された並列回路11に対して直列に接続されるインダクタL1と、インダクタL1と並列回路11との直列回路21に対して、電源回路10の正極側(即ち、コンデンサC0の正極側端子)から充電スイッチSWaを介して電源供給を行うための充電経路31と、直列回路21に対して並列に接続され、放電スイッチSWbを介してピエゾアクチュエータP1,P3の充電電荷を放電させるための放電経路41とを備えている。
図2に示すように、制御部50は、電子制御ユニットからの#1の駆動信号がハイになると、気筒選択スイッチSW1〜SW4のうち、#1に対応する気筒選択スイッチSW1をオンすると共に、#1が所属する第1グループについての放電スイッチSWbをオフした状態で、その第1グループについての充電スイッチSWaをオン/オフさせる充電用スイッチング制御を行う。
そして、制御部50は、例えば#1を例に挙げて説明すると、その#1の駆動信号が最初にハイになってから(つまり、多段噴射の1回目噴射のためにハイになってから)、#1と同じグループの#3の駆動信号が最初にハイになるまでの間は、図2における(1),(2)の部分及び図4に示す如く、放電用スイッチング制御を行っている際に放電終了条件が成立したと判断すると(S110:YES)、放電スイッチSWbをオン状態にして放電用スイッチング制御を終了すると共に(S120)、それまでオンしていた気筒選択スイッチSW1をオフする(S130)。
例えば、制御部50は、図3(A)における(2)の部分に示すように、放電用スイッチング制御を行っている際に、放電用スイッチング制御を開始した時(即ち、駆動信号の立ち下がり時)からの経過時間を測定し、その経過時間が規定値に達したと判定すると、放電終了条件が成立したと判断して、放電用スイッチング制御を終了するように構成することもできる。
[第2実施形態]
次に、図7は、第2実施形態の駆動装置70の構成を表す構成図である。
〈1〉インダクタL2と、充電スイッチSWc及び放電スイッチSWdが削除されている。そして、インダクタL1と第1グループの並列回路11(ピエゾアクチュエータP1,P3)とがスイッチSW5を介して接続され、また、インダクタL1と第2グループの並列回路12(ピエゾアクチュエータP2,P4)とがスイッチSW6を介して接続されるようになっている。つまり、駆動装置70では、インダクタL1と充電スイッチSWa及び放電スイッチSWbが1組だけ備えられており、1つのインダクタL1が、スイッチSW5,SW6により、2つのグループの並列回路11,12の何れか一方に切り替えて接続されるようになっている。換言すれば、インダクタL1と直列に接続されるピエゾアクチュエータのグループが、第1グループと第2グループの何れかに切り替えられるようになっている。このため、以下では、スイッチSW5,SW6を、グループ選択スイッチという。尚、エンジンがV型で、気筒の第1グループと第2グループが、そのV型エンジンの各バンクの気筒グループである場合、グループ選択スイッチSW5,SW6と同じ役割のスイッチは、バンク選択スイッチと呼ばれる。
即ち、図8に示すように、#nの駆動信号が最初にハイになると、気筒選択スイッチSWnをオンすると共に、放電スイッチSWbをオンからオフし、遅延時間Tdだけ待ってから、充電用スイッチング制御による充電スイッチSWaのオン/オフを開始する。そして、#nの駆動信号がハイからローに戻ると、充電スイッチSWaをオフした状態で放電スイッチSWbをオン/オフさせる放電用スイッチング制御を行い、図8における(1),(2)の部分及び図4に示す如く、その放電用スイッチング制御を行っている際に放電終了条件が成立したと判断すると(S110:YES)、放電スイッチSWbをオン状態にして放電用スイッチング制御を終了すると共に(S120)、それまでオンしていた気筒選択スイッチSWnをオフする(S130)。そして、#nの多段噴射実施対象期間において、#nの駆動信号が次にハイになると、#nの駆動信号が最初にハイになった時からの動作と同じ動作を再び行う。
[第3実施形態]
第3実施形態の駆動装置は、第2実施形態と同じ図7の回路構成を有している。
即ち、図9に示すように、制御部50は、#nの多段噴射実施対象期間において、#nのグループ側のグループ選択スイッチを構成する充電許可側スイッチ及び放電許可側スイッチを両方オンするのではなく、その充電許可側スイッチ及び放電許可側スイッチのうち、#nの駆動信号がハイである時には充電許可側スイッチのみをオンし、#nの駆動信号がローである時には放電許可側スイッチのみをオンする。
また、駆動停止期間中において、放電スイッチSWbがオンされている時には、グループ選択スイッチの放電許可側スイッチだけがオンされるため、仮に気筒選択スイッチSWnをオフしなくても、ピエゾアクチュエータPnには、充電許可側スイッチの寄生ダイオードD5b又はD6bにより放電方向の電流しか流れず、インダクタL1とピエゾアクチュエータPnの容量成分によるLC共振回路が形成されるのを阻止することができる。
また、本発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置に限らず、ガソリンエンジンの燃料噴射装置にも適用することができる。
Claims (12)
- ピエゾアクチュエータに直列に接続されるインダクタと、
該インダクタと前記ピエゾアクチュエータとの直列回路に対して、直流電源の正極側から充電スイッチを介して電源供給を行うための充電経路と、
前記直列回路に並列に接続され、放電スイッチを介して前記ピエゾアクチュエータの充電電荷を放電させるための放電経路と、
前記充電スイッチに対して、カソードが前記直流電源の正極側となるよう並列に接続された第1ダイオードと、
前記放電スイッチに対して、アノードが前記直流電源の負極側となるよう並列に接続された第2ダイオードと、
外部から駆動指令が入力されると、前記放電スイッチをオフした状態で前記充電スイッチのオン/オフを繰り返す充電用スイッチング制御を行うことにより、前記ピエゾアクチュエータを充電させて伸長させ、外部から駆動停止指令が入力されると、前記充電スイッチをオフした状態で前記放電スイッチのオン/オフを繰り返す放電用スイッチング制御を行うことにより、前記ピエゾアクチュエータを放電させて収縮させる充放電制御手段と、
を備えたピエゾアクチュエータ駆動装置であって、
前記放電制御手段は、前記放電用スイッチング制御を終了してから、次の前記充電用スイッチング制御を開始するまでの期間中に、前記放電スイッチをオンすること、
を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。 - ピエゾアクチュエータに直列に接続されるインダクタと、
該インダクタと前記ピエゾアクチュエータとの直列回路に対して、直流電源の正極側から充電スイッチを介して電源供給を行うための充電経路と、
前記直列回路に並列に接続され、放電スイッチを介して前記ピエゾアクチュエータの充電電荷を放電させるための放電経路と、
前記充電スイッチに対して、カソードが前記直流電源の正極側となるよう並列に接続された第1ダイオードと、
前記放電スイッチに対して、アノードが前記直流電源の負極側となるよう並列に接続された第2ダイオードと、
外部から駆動指令が入力されると、前記放電スイッチをオフした状態で前記充電スイッチのオン/オフを繰り返す充電用スイッチング制御を行うことにより、前記ピエゾアクチュエータを充電させて伸長させ、外部から駆動停止指令が入力されると、前記充電スイッチをオフした状態で前記放電スイッチのオン/オフを繰り返す放電用スイッチング制御を行うことにより、前記ピエゾアクチュエータを放電させて収縮させる充放電制御手段と、
を備えたピエゾアクチュエータ駆動装置であって、
前記放電制御手段は、前記放電用スイッチング制御を、前記放電スイッチをオンした状態で終了すること、
を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。 - 請求項1又は請求項2に記載のピエゾアクチュエータ駆動装置において、
前記放電制御手段は、前記放電用スイッチング制御を終了してから、次の前記充電用スイッチング制御を開始するまでの期間中、前記放電スイッチをオンしたままにすること、
を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。 - 請求項3に記載のピエゾアクチュエータ駆動装置において、
前記放電制御手段は、前記充電用スイッチング制御の開始時において、前記充電スイッチをオフから最初にオンさせる前に前記放電スイッチをオンからオフさせ、その後、前記充電スイッチのオン/オフを開始すること、
を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。 - 請求項1ないし請求項4の何れか1項に記載のピエゾアクチュエータ駆動装置において、
前記ピエゾアクチュエータの前記インダクタ側とは反対側の端子は、そのピエゾアクチュエータを駆動対象として選択するための選択スイッチを介して前記直流電源の負極側に接続されるようになっていると共に、
前記選択スイッチには、アノードを前記直流電源の負極側にした第3ダイオードが並列に接続されており、
前記放電制御手段は、前記ピエゾアクチュエータを駆動するために前記充電用スイッチング制御と前記放電用スイッチング制御を行う際には前記選択スイッチをオンし、前記放電用スイッチング制御を終了してから、次の前記充電用スイッチング制御を開始するまでの期間において、前記放電スイッチをオンしている時には、前記選択スイッチをオフすること、
を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。 - 請求項1ないし請求項5の何れか1項に記載のピエゾアクチュエータ駆動装置において、
前記インダクタと前記ピエゾアクチュエータは、当該インダクタと当該ピエゾアクチュエータとの間に設けられた直列回路形成用スイッチを介して接続されるようになっており、
前記放電制御手段は、前記ピエゾアクチュエータを駆動するために前記充電用スイッチング制御と前記放電用スイッチング制御を行う際には前記直列回路形成用スイッチをオンし、更に、前記放電用スイッチング制御を終了してから、次の前記充電用スイッチング制御を開始するまでの期間において、前記放電スイッチをオンしている時にも、前記直列回路形成用スイッチをオンすること、
を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。 - 請求項6に記載のピエゾアクチュエータ駆動装置において、
前記直列回路形成用スイッチは、直列に接続された放電許可側スイッチ及び充電許可側スイッチからなると共に、その2つのスイッチのうち、前記インダクタ側に設けられた放電許可側スイッチには、アノードを前記インダクタ側にした充電許可ダイオードが並列に接続され、前記ピエゾアクチュエータ側に設けられた充電許可側スイッチには、アノードを前記ピエゾアクチュエータ側にした放電許可ダイオードが並列に接続されており、
前記放電制御手段は、前記放電用スイッチング制御を終了してから、次の前記充電用スイッチング制御を開始するまでの期間において、前記放電スイッチをオンしている時には、前記直列回路形成用スイッチをなす放電許可側スイッチ及び充電許可側スイッチのうち、前記放電許可側スイッチのみをオンすること、
を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。 - 請求項1ないし請求項7の何れか1項に記載のピエゾアクチュエータ駆動装置において、
前記放電制御手段は、前記放電用スイッチング制御を開始してから特定の放電終了条件が成立したと判定すると、前記放電用スイッチング制御を終了すること、
を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。 - 請求項8に記載のピエゾアクチュエータ駆動装置において、
前記放電制御手段は、前記放電用スイッチング制御を行っている際に、前記ピエゾアクチュエータの充電電圧をモニタして、その充電電圧が規定値以下になったと判定すると、前記放電用スイッチング制御を終了すること、
を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。 - 請求項8に記載のピエゾアクチュエータ駆動装置において、
前記放電制御手段は、前記放電用スイッチング制御を開始した時からの経過時間を測定し、その経過時間が規定値に達したと判定すると、前記放電用スイッチング制御を終了すること、
を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。 - 請求項8に記載のピエゾアクチュエータ駆動装置において、
前記放電制御手段が前記放電用スイッチング制御で前記放電スイッチをオン/オフさせる際の、前記放電スイッチのオン時間は一定であり、
前記放電制御手段は、前記放電用スイッチング制御を行っている際に、前記放電スイッチをオンしてから前記一定のオン時間が経過した時の前記ピエゾアクチュエータの放電電流を検出し、その放電電流が規定値以下になったと判定すると、前記放電用スイッチング制御を終了すること、
を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。 - 請求項8に記載のピエゾアクチュエータ駆動装置において、
前記放電制御手段は、前記放電用スイッチング制御で前記放電スイッチをオン/オフさせる際には、前記放電スイッチをオンしてからの前記ピエゾアクチュエータの放電電流をモニタして、その放電電流が基準値に達したら前記放電スイッチをオフするようになっており、
更に、前記放電制御手段は、前記放電用スイッチング制御を行っている際に、前記放電スイッチをオンしてから前記ピエゾアクチュエータの放電電流が前記基準値に達するまでの時間を計測し、その時間が規定値以上になったと判定すると、前記放電用スイッチング制御を終了すること、
を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。
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