JP4407468B2 - ピエゾアクチュエータの駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、ピエゾアクチュエータの充電制御及び放電制御を行なうピエゾアクチュエータの駆動装置に関する。

ピエゾアクチュエータは、多数の圧電素子を積層した積層体（ピエゾスタック）が圧電効果により伸縮するアクチュエータであり、例えば、ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置において燃料噴射用インジェクタ内に配設される。このインジェクタでは、ピエゾアクチュエータの伸縮動作により開弁と閉弁とが切り替えられる。また、ピエゾアクチュエータは容量性の負荷であり、その充電と放電とで伸長状態と縮小状態とが切り替えられる。

図１０に、上記インジェクタに備えられるピエゾアクチュエータについて、その充電及び放電にかかる制御を行なう駆動装置を示す。

図１０に示されるように、この駆動装置は、燃料噴射弁群ＦＩＪＴに備えられるピエゾアクチュエータを駆動するドライバユニット２００と、上記ディーゼルエンジンを制御する電子制御装置２０とを備えて構成されている。上記ドライバユニット２００には、リレーＲを介してバッテリＢから電力が供給される。また、電子制御装置２０や、上記ディーゼルエンジンに初期回転を付与する原動機であるスタータモータＳＴにも、このバッテリＢから電力が供給される。

上記燃料噴射弁群ＦＩＪＴには、上記ディーゼルエンジンの各気筒に燃料を噴射供給する燃料噴射弁（図では４気筒を例示：ＦＩａ〜ＦＩｄ）が備えられている。これら各燃料噴射弁ＦＩａ〜ＦＩｄには、それぞれピエゾアクチュエータｐａ〜ｐｄ（以下、総称として、ピエゾアクチュエータＰＡ）が備えられている。

さて、リレーＲを介してバッテリＢから上記ドライバユニット２００に供給される電力は、まず昇圧回路であるＤＣ／ＤＣコンバータ２０１に供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０１では、バッテリＢから供給される電圧が昇圧され、この昇圧された電圧はコンデンサ２０３に印加される。

このコンデンサ２０３と抵抗２０４との直列接続体と並列接続されるようにして、充電スイッチ２０５、充放電コイル２０６、ピエゾアクチュエータＰＡ、選択スイッチ２０９ａ〜２０９ｄ、及び抵抗２１０ａ〜２１０ｄからなる直列接続体が設けられている。これにより、選択スイッチ２０９ａ〜２０９ｄのいずれか一つが選択的にオンとされ、且つ充電スイッチ２０５がオン・オフ操作をされることで、コンデンサ２０３の電荷がピエゾアクチュエータＰＡに充電される。

一方、ピエゾアクチュエータＰＡ、選択スイッチ２０９ａ〜２０９ｄ、及び抵抗２１０ａ〜２１０ｄからなる直列接続体に並列接続されるようにして、放電スイッチ２１２と抵抗２１３との直列接続体が設けられている。これにより、上記充電スイッチ２０５がオフとされた状態において、選択スイッチ２０９ａ〜２０９ｄのいずれか一つが選択的にオンとされ、且つ放電スイッチ２１２がオン・オフ操作をされることで、ピエゾアクチュエータＰＡが放電される。

このように、上記駆動装置によれば、ピエゾアクチュエータの充電及び放電を制御することで、同ピエゾアクチュエータの伸長状態を制御することができる。

なお、こうした従来のピエゾアクチュエータの駆動装置としては、図１０に示したもの以外にも、例えば下記特許文献１や特許文献２に記載されているものがある。ちなみに、特許文献１には、ピエゾアクチュエータへの供給エネルギを高精度で制御するものが、また、特許文献２には、ピエゾアクチュエータやドライバユニットの故障を検査する方法が提案されている。

ところで、低温時に、上記ディーゼルエンジンを上記スタータモータＳＴによって始動する場合などには、上記バッテリＢの電圧が極端に低下することがある。こうした状況下にあっては、バッテリＢの電圧が、コントローラ２５０や、電子制御装置２０の最低動作電圧を下回ってしまうおそれがある。そして、このときピエゾアクチュエータＰＡに電荷が蓄えられていると、ピエゾアクチュエータＰＡが伸長状態のままとなり、燃料噴射弁が開いたままとなることがある。このため、図示しないコモンレールの圧力が低下することで燃料噴射弁が機械的に閉弁されるまで、燃料噴射が停止されなくなる。

また、エンジンによって駆動され、バッテリＢに供給される電力が発電される図示しないオルタネータの発電量は、エンジンの回転変動によって変化する。そして、バッテリＢの電圧が極端に低下しているときには、バッテリＢの電圧は、オルタネータの発電量の変動の影響を受けやすいため、顕著な周期的な変動を示すようになる。このため、バッテリＢの電圧が上記駆動装置の最低動作電圧を横切りつつ周期的に変動することで、燃料噴射と噴射停止とが繰り返されるような現象が起きることがある。

なお、上記に限らず、ピエゾアクチュエータの充電制御及び放電制御を行なう駆動装置にあっては、その駆動にかかる操作に不具合が生じることによってピエゾアクチュエータに蓄えられた電荷が放電されないという不都合が生じるこうした実情も概ね共通したものとなっている。
特開２００２−１３６１５６号公報 特開２００３−２９９３７１号公報

本発明の目的は、ピエゾアクチュエータの駆動装置の駆動にかかる操作に不具合が生じた場合であっても、ピエゾアクチュエータに蓄えられた電荷を適切に放電することのできるピエゾアクチュエータの駆動装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。

手段１では、ピエゾアクチュエータの充電及び放電に用いられる充放電回路と、前記充放電回路の駆動状態を操作することでピエゾアクチュエータの充電制御及び放電制御を行う制御手段とを備えるピエゾアクチュエータの駆動装置において、前記制御手段による前記操作が不能となるとき、前記ピエゾアクチュエータを放電させる放電通路を該ピエゾアクチュエータの高電位となる端子側に対して開通させる開通手段が備えられてなるようにした。

上記操作が不能となると、ピエゾアクチュエータに蓄えられた電荷を放電する充放電回路内の通路と同ピエゾアクチュエータとを導通状態とすることができなくなることがあり、ひいては、ピエゾアクチュエータに蓄えられた電荷が放電されない状況が生じるおそれがある。この点、上記構成では、開通手段を備えることで、こうした場合であっても、ピエゾアクチュエータに蓄えられた電荷を放電通路へと放電させることができるようになる。

また、手段２では、手段１において、前記開通手段は、Ｐチャネルトランジスタを備えて構成され、前記Ｐチャネルトランジスタのソースとドレインとに、前記ピエゾアクチュエータの端子のうちの高電位となる端子側と前記放電通路とが接続されるとともに、前記Ｐチャネルトランジスタのゲートに、前記制御手段による前記操作が不能となるときに前記高電位となる端子側よりも電位が低くなる電位低下箇所が接続されてなるようにした。

上記構成によれば、制御手段による充放電回路の駆動状態の操作が不能となったときに、上記電位低下箇所の電位が上記高電位となる端子側よりも低くなることで、Ｐチャネルトランジスタのソース及びドレイン間が導通状態となり、ひいては、上記高電位となる端子に対して放電通路が開通されるようになる。このように、上記構成によれば、Ｐチャネルトランジスタを用いることで、上記開通手段を的確に構成することができるようになる。

また、手段３では、手段２において、前記充放電回路は、前記制御手段によって操作されて給電電圧を昇圧する昇圧回路を備え、前記昇圧回路による昇圧電圧は、第１の整流手段を介して前記ピエゾアクチュエータに印加されるとともに、第２の整流手段を介して、電荷を放電させる放電手段に印加されるものであり、前記電位低下箇所を、前記第２の整流手段の出力側とした。

上記構成において、制御手段による充放電回路の操作が不能となるときには、昇圧回路の昇圧動作も停止すると考えられる。このため、上記操作が不能となるときには、第２の整流手段を介した放電手段への昇圧電圧の印加も停止される。更に、この放電手段は、供給される電荷を放電するため、その電位、換言すれば、第２の整流手段の出力側の電位も低下することとなる。このため、この第２の整流手段の出力側を、手段２における上記電位低下箇所とすることができる。

なお、充放電回路の駆動状態が正常に操作されているときには、第２の整流手段の出力側の電位が「上記高電位となる端子側の電位−Ｐチャネルトランジスタをオンとする閾値」以上となるように、放電手段による電荷の放電速度の設定がなされることが望ましい。

また、手段４では、手段１において、前記開通手段は、Ａ接点及びＢ接点を有して且つその最低動作電圧が前記制御手段の最低動作電圧よりも高いリレーを備えて構成され、前記制御手段に電力を供給する給電手段と前記リレーのＡ接点とが接続されるとともに、前記高電位となる端子側と前記放電通路とが前記リレーのＢ接点を介して接続されてなるようにした。

リレーのＡ接点はノーマリーオープンであり、リレーのＢ接点はノーマリークローズである。このため、上記構成によれば、給電手段から最低動作電圧以上の電圧を有した電力が制御手段に供給されているときには、Ｂ接点がオフとなることで、ピエゾアクチュエータの高電位となる端子側と開通手段とは遮断されている。そして、給電手段からリレーに十分な電力(最低動作電圧以上の電圧を有した電力）が供給されなくなると、Ｂ接点がオンとされることで、ピエゾアクチュエータの高電位となる端子側が放電通路に対して開通される。このため、制御手段が上記給電手段から給電される設定において、制御手段への給電が不十分であるために充放電回路の操作が不能となる前に、ピエゾアクチュエータに蓄えられた電荷をリレーを介して適切に放電することができるようになる。

なお、上記給電手段が上記充放電回路に電力を供給している場合には、リレーの最低動作電圧を、充放電回路の最低動作電圧よりも高く設定してもよい。これにより、充放電回路への給電が不十分であるために充放電回路が操作不能となる前に、ピエゾアクチュエータに蓄えられた電荷をリレーを介して適切に放電することができるようになる。

ちなみに、上記給電手段は、制御手段に電力を供給するときに、上記リレーのＡ接点を介して任意の部材に電力を供給する構成とすることで、リレーがオンとされる。なお、この任意の部材は、制御手段及び充放電回路の少なくとも一方を含むことが望ましい。

また、手段５では、手段４において、前記制御手段は、前記充放電回路の異常を検出するとき、前記リレーをオフとするようにした。

上記構成によれば、充放電回路に異常があるため、同充電回路を通じてはピエゾアクチュエータに蓄えられた電荷を放電することができないときであっても、制御手段によって強制的にリレーをオフとすることで、すなわち、同リレーのＢ接点をオンとすることで、放電通路を介して上記電荷を放電することができるようになる。

また、手段６では、昇圧回路により昇圧された給電電圧をピエゾアクチュエータに印加することでこれを充電する制御と、前記ピエゾアクチュエータを放電する制御とを行うピエゾアクチュエータの駆動装置において、前記昇圧回路の昇圧電圧は、第１の整流手段を介して前記ピエゾアクチュエータの一方の端子に印加されるとともに、第２の整流手段を介して、電荷を放電させる放電手段に印加されるものであり、前記第２の整流手段の出力側の電位が前記第１の整流手段の出力側の電位よりも所定の値以上低下すると、前記第１の整流手段の出力側を、前記ピエゾアクチュエータを放電する放電通路に対して開通させる開通手段を設けた。

上記構成では、昇圧回路の動作が停止されるとき等には、放電手段により電荷が放電されることにより第２の整流手段の出力側の電位が低下する。このため、こうした状況下、ピエゾアクチュエータに電荷が蓄えられている場合には、第２の整流手段の出力側の電位が第１の整流手段の出力側の電位よりも低下する。そして、第２の整流手段の出力側の電位が第１の整流手段の出力側の電位よりも所定の値以上低下すると、開通手段が、第１の整流手段の出力側に対してピエゾアクチュエータを放電する放電通路が開通される。このため、こうした状況下において、ピエゾアクチュエータに蓄えられた電荷は放電通路から適切に放電されるようになる。

なお、充放電回路の駆動状態が正常に操作されているときには、第２の整流手段の出力側の電位が第１の整流手段の出力側の電位と略等しくなるように、放電手段による電荷の放電速度の設定がなされることが望ましい。

また、手段７では、手段６において、前記開通手段は、Ｐチャネルトランジスタを備えて構成され、前記Ｐチャネルトランジスタのソースとドレインとに、前記第１の整流手段の出力側と前記放電通路とが接続されるとともに、前記Ｐチャネルトランジスタのゲートに前記第２の整流手段の出力側が接続されてなるようにした。

Ｐチャネルトランジスタは、ゲートに印加される電圧が、ソースに印加される電圧よりも所定の閾値以上低くなることで、そのソース及びドレイン間を導通させるものである。このため、Ｐチャネルトランジスタを用いることで、上記開通手段を簡易に構成することができるようになる。

また、手段８では、ピエゾアクチュエータの充電及び放電に用いられる充放電回路と、前記充放電回路の駆動状態を操作することでピエゾアクチュエータの充電制御及び放電制御を行う制御手段とを備えるピエゾアクチュエータの駆動装置において、前記制御手段及び前記充放電回路の少なくとも一方に電力を供給する給電手段の給電電圧を監視し、該給電電圧が所定の値未満となったときに、前記ピエゾアクチュエータに蓄積されている電荷を放電する放電通路を、前記ピエゾアクチュエータの高電位となる端子側に対して開通させる開通手段を備えるようにした。

上記構成では、開通手段により、給電電圧が所定の値未満となったときに、ピエゾアクチュエータに蓄積されている電荷を放電する放電通路が、ピエゾアクチュエータの高電位となる端子側に対して開通される。このため、上記所定の値を、制御手段や充放電回路の動作が保証されなくなる電圧の最低値以上とすることで、制御手段や充放電回路が動作しなくなったときであっても、ピエゾアクチュエータに蓄えられた電荷を適切に放電することができるようになる。

また、手段９では、手段８において、前記開通手段は、Ａ接点及びＢ接点を有して且つその最低動作電圧を前記所定の値とするリレーを備えて構成され、前記給電手段と前記リレーのＡ接点とが接続されるとともに、前記放電通路と前記高電位となる端子側とが前記リレーのＢ接点を介して接続されてなるようにした。

リレーのＡ接点はノーマリーオープンであり、リレーのＢ接点はノーマリークローズである。このため、上記構成によれば、給電手段から制御手段や充放電回路に上記所定の値以上の電圧を有した電力が供給されているときには、Ｂ接点がオフとなることで、開通手段と充放電回路とは遮断されている。そして、給電手段からリレーに供給される電力の電圧が上記所定の値未満となると、Ｂ接点がオンとされることで、ピエゾアクチュエータの高電位となる端子側が放電通路に対して開通される。このため、上記リレーによれば、上記開通手段を簡易且つ適切に構成することができるようになる。

なお、上記給電手段が上記制御手段に電力を供給している場合には、上記所定の値を制御手段の最低動作電圧よりも高く設定することが望ましい。更に、上記給電手段が上記充放電回路に電力を供給している場合には、上記所定の値を充放電回路の最低動作電圧よりも高く設定することが望ましい。

ちなみに、上記給電手段は、制御手段に電力を供給するときに、上記リレーのＡ接点を介して任意の部材に電力を供給する構成とすることで、リレーがオンとされる。なお、この任意の部材は、制御手段及び充放電回路の少なくとも一方を含むことが望ましい。

また、手段１０では、前記制御手段は、前記充放電回路の異常を検出するとき、前記リレーをオフとするようにした。

上記構成によれば、充放電回路を通じてはピエゾアクチュエータに蓄えられた電荷を放電することができないときであっても、制御手段によって強制的にリレーをオフとすることで、すなわち、同リレーのＢ接点をオンとすることで、放電通路を介して上記電荷を放電することができるようになる。

また、手段１１では、ピエゾアクチュエータの充電及び放電に用いられる充放電回路と、前記充放電回路の駆動状態を操作することでピエゾアクチュエータの充電制御及び放電制御を行う制御手段とを備えるピエゾアクチュエータの駆動装置において、前記ピエゾアクチュエータの高電位となる端子側と放電通路とがリレーのＢ接点を介して接続され、前記制御手段は、前記充放電回路の異常を検出するとき、前記リレーをオフとするようにした。

リレーのＡ接点はノーマリーオープンであり、リレーのＢ接点はノーマリークローズである。上記構成によれば、充放電回路を通じてはピエゾアクチュエータに蓄えられた電荷を放電することができないときであっても、制御手段によって強制的にリレーをオフとすることで、すなわち、同リレーのＢ接点をオンとすることで、放電通路を介して上記電荷を放電することができるようになる。

また、手段１２では、上記手段１〜１１において、前記ピエゾアクチュエータは、車両に駆動力を供給する内燃機関に備えられる燃料噴射弁の開閉制御に用いられるアクチュエータであるものとした。

こうしたピエゾアクチュエータに適用される駆動装置にあっては、（ア）制御手段へ電力を供給する給電手段の電圧が安定しない状況となることがあること、（イ）ピエゾアクチュエータの伸長状態が継続すると燃料の噴射が停止されないこと、等といった事情がある。このため、手段１２によれば、上記各手段１〜１１の作用効果を特に好適に奏することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかるピエゾアクチュエータの駆動装置を、車載ディーゼルエンジンの燃料噴射弁のピエゾアクチュエータの駆動状態を制御する駆動装置に適用した第１の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態の全体構成を示す。同図１に示されるように、本実施形態にかかるピエゾアクチュエータの駆動装置は、燃料噴射弁群ＦＩＪＴに備えられるピエゾアクチュエータを駆動するドライバユニット１００と、上記ディーゼルエンジンを制御する電子制御装置１０とを備えて構成されている。ドライバユニット１００には、リレーＲを介してバッテリＢから電力が供給される。また、電子制御装置１０や、上記ディーゼルエンジンに初期回転を付与する原動機であるスタータモータＳＴにも、このバッテリＢから電力が供給される。なお、リレーＲは、図示しないキースイッチの操作に応じて、電子制御装置１０により、同電子制御装置１０内部のスイッチＫＳが操作されることで、オン・オフが切り替えられるようになっている。すなわち、スイッチＫＳがオンとされることで、バッテリＢからスイッチＫＳを介して電流が接地へと流れる。これにより、リレーＲ内のコイルが励磁され、リレーＲがオンとなる。

燃料噴射弁群ＦＩＪＴには、上記ディーゼルエンジンの各気筒に燃料を供給する燃料噴射弁（図では４気筒を例示：ＦＩａ〜ＦＩｄ）が備えられている。これら各燃料噴射弁ＦＩａ〜ＦＩｄには、それぞれピエゾアクチュエータｐａ〜ｐｄ（以下、総称として、ピエゾアクチュエータＰＡ）が備えられている。ピエゾアクチュエータＰＡは、複数の圧電素子が積層されてなる積層体（ピエゾスタック）が圧電効果により伸縮するアクチュエータである。具体的には、ピエゾアクチュエータＰＡは、容量性の負荷であり、充電されることで伸長し、放電されることで縮小する。そして、各ピエゾアクチュエータｐａ〜ｐｄの伸長動作に伴い各燃料噴射弁ＦＩａ〜ＦＩｄが開弁し、各気筒に燃料が噴射される。一方、各ピエゾアクチュエータｐａ〜ｐｄの収縮動作に伴い燃料噴射弁ＦＩａ〜ＦＩｄが閉弁して燃料噴射が停止される。

これらピエゾアクチュエータｐａ〜ｐｄには、それぞれ両端子間を結ぶフェールセーフ用の抵抗ｆｒａ〜ｆｒｄが備えられている。これら抵抗ｆｒａ〜ｆｒｄは、ピエゾアクチュエータｐａ〜ｐｄがドライバユニット１００から切り離されているとき等、放電が不能になったときの電荷や、焦電効果によって発生した電荷を放電する機能を有する。これら抵抗ｆｒａ〜ｆｒｄは、ピエゾアクチュエータｐａ〜ｐｄの充電に対する同ピエゾアクチュエータｐａ〜ｐｄの伸長にかかる応答性やエネルギロスと、噴射継続可能時間との要求に基づき、最適な値（例えば０．１〜１０Ｍオーム）が設定されている。

一方、上記ドライバユニット１００は、上記ピエゾアクチュエータＰＡと接続されることで、その充電及び放電に用いられる回路である充放電回路ＣＤと、同充放電回路ＣＤの電気通路の導通及び遮断の各操作をする（駆動状態を操作する）ことで、ピエゾアクチュエータＰＡの充電及び放電にかかる制御を行なうコントローラ１５０とを備えている。これら、充放電回路ＣＤとコントローラ１５０とには、リレーＲを介してバッテリＢから電力が供給されている。ここで、充放電回路ＣＤについて説明する。

リレーＲを介してバッテリＢから充放電回路ＣＤに供給される電力は、まず昇圧回路であるＤＣ／ＤＣコンバータ１０１に供給される。このＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は、コイル１０１ｃと、ＮチャネルＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ（以下、トランジスタ）１０１ｔと、抵抗１０１ｒとの直列接続体として構成されており、その一方の端子がバッテリＢ側に、また他方の端子が接地側にそれぞれ接続されている。ちなみに、図中、ダイオード１０１ｄは、トランジスタ１０１ｔを形成することで形成される寄生ダイオードであり、そのアノード側が接地側と、またカソード側がコイル１０１ｃ側と接続される。このＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は、トランジスタ１０１ｔがオン・オフの操作をされることで、バッテリＢの電圧（例えば「１２Ｖ」）を、ピエゾアクチュエータＰＡの充電制御のための高電圧（例えば「２００〜３００Ｖ」）に昇圧する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の昇圧電圧は、上記コイル１０１ｃとトランジスタ１０１ｔとの間のノードａ、ダイオード１０２を介してコンデンサ１０３に印加される。このコンデンサ１０３は、その一方の端子が上記ダイオード１０２のカソード側に接続され、また他方の端子が抵抗１０４を介して接地されている。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の昇圧電圧がコンデンサ１０３に印加されると、同コンデンサ１０３はピエゾアクチュエータＰＡに供給するための電荷を蓄える。ちなみに、コンデンサ１０３は、ピエゾアクチュエータＰＡへの一回の充電動作にかかる電荷の供給によっては、その電圧がほとんど変化しないような容量（例えば「数１００μＦ」程度）を有することが望ましい。

このコンデンサ１０３のうちの高電位となる端子側、すなわち、ダイオード１０２のカソード側は、充電スイッチ１０５と充放電コイル１０６との直列接続体を介して、ピエゾアクチュエータＰＡの高電位となる端子側に接続されている。そして、各ピエゾアクチュエータｐａ〜ｐｄの低電位側の端子は、それぞれ選択スイッチ１０９ａ〜１０９ｄと抵抗１１０ａ〜１１０ｄとからなる直列接続体を介して接地されている。ここで、充電スイッチ１０５は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタからなる。また、図中、ダイオード１０７は、このトランジスタが形成されることで形成される寄生ダイオードで、そのアノードが充放電コイル１０６側に、またそのカソードがダイオード１０２側にそれぞれ接続されている。また、選択スイッチ１０９ａ〜１０９ｄは、それぞれＮチャネルＭＯＳトランジスタからなる。図中、ダイオード１１１ａ〜１１１ｄは、これらトランジスタが形成されることで形成される寄生ダイオードで、そのアノードが接地側に、またそのカソードがピエゾアクチュエータＰＡ側にそれぞれ接続されている。

上記充電スイッチ１０５と充放電コイル１０６との間には、放電スイッチ１１２の一方の端子が接続されており、この放電スイッチ１１２の他方の端子は、抵抗１１３を介して接地されている。ここで、放電スイッチ１１２は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタからなる。ちなみに、図中、ダイオード１１４は、このトランジスタが形成されることで形成されるものであり、そのアノードが接地側に、またカソードが上記充電スイッチ１０５や充放電コイル１０６側に接続されている。

上記構成により、充放電回路ＣＤでは、充電スイッチ１０５や放電スイッチ１１２、選択スイッチ１０９ａ〜１０９ｄを通じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の昇圧電圧を蓄電するコンデンサ１０３の両端とピエゾアクチュエータＰＡとを並列接続する閉ループ回路が構成可能となっている。更に、充電スイッチ１０５や放電スイッチ１１２、選択スイッチ１０９ａ〜１０９ｄを通じて、放電スイッチ１１２とピエゾアクチュエータＰＡとを並列接続する閉ループ回路が構成可能となっている。そして、これら閉ループ回路が用いられることにより、上記ピエゾスタックの充電（ピエゾアクチュエータＰＡの充電）やピエゾスタックに蓄えられた電荷の放電（ピエゾアクチュエータＰＡに蓄えられた電荷の放電）が行なわれる。

ちなみに、充電スイッチ１０５や、放電スイッチ１１２を高速で駆動すべく、本実施形態では、図示しないドライバを介して、コントローラ１５０からこれら充電スイッチ１０５や、放電スイッチ１１２へ信号を出力するようにしている。このドライバは、コンデンサ１０３の高電位となる端子側から給電されるようにすることが望ましい。

また、上記充放電回路ＣＤには、ピエゾアクチュエータＰＡの電位がマイナスとなることを防ぐべく、ダイオード１２０が設けられている。具体的には、そのアノードが接地側に、またそのカソードが充放電コイル１０６とピエゾアクチュエータＰＡの高電位となる端子側との間に、それぞれ接続されている。

更に、上記充放電回路ＣＤは、ピエゾアクチュエータＰＡの高電位となる端子側の電位を検出すべく、ピエゾアクチュエータＰＡの高電位となる端子側及び充放電コイル１０６間と接地との間に、抵抗１２１と抵抗１２２との直列接続体を備えている。これら抵抗１２１と抵抗１２２との間の電位（ノードｂの電位）がコントローラ１５０に取り込まれることで、非常な高電位となるピエゾアクチュエータＰＡの電位を間接的に把握することが可能となる。

加えて、充放電回路ＣＤは、コンデンサ１０３の高電位となる端子側の電位を検出すべく、ダイオード１０２のカソード及び充電スイッチ１０７間と接地との間に、抵抗１２３と抵抗１２４との直列接続体を備えている。これら抵抗１２３と抵抗１２４との間の電位（ノードｃの電位）がコントローラ１５０に取り込まれることで、非常な高電位となるコンデンサ１０３の電位を間接的に把握することが可能となる。

その他、上記ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の作動状況や、コンデンサ１０３の蓄電状況、放電スイッチ１１２による放電状況、選択スイッチ１０９ａ〜１０９ｄを通じた電流の流通態様を検出すべく、上記コントローラ１５０は、それぞれノードｄ〜ｊの電位を監視するようにしている。

こうした態様にて、充放電回路ＣＤの各箇所の電位を監視することで、コントローラ１５０では、ピエゾアクチュエータＰＡの充放電にかかる制御を行なうことに加えて、同充放電回路ＣＤの異常の有無を診断するようにしている。そして、異常の有無に関する信号であるＩＪＦ信号を生成し、電子制御装置１０に出力する。

次に、上記電子制御装置１０とコントローラ１５０とによって行なわれる充放電回路ＣＤの駆動状態の操作について説明する。

図２は、上記充放電回路の操作態様を示すタイムチャートである。ここで、図２（ａ）は、その論理値を「Ｈ」とすることで、燃料の噴射時期及び噴射期間を指定するための信号である噴射信号（図中、上記ピエゾアクチュエータｐａに対応する信号である噴射信号ＩＪＴａを例示）の推移を示している。図２（ｂ）は、その論理値を「Ｈ」とすることで、特定のスイッチをオンとする信号である上記選択スイッチ１０９ａ〜１０９ｄの制御信号（図中、選択スイッチ１０９ａの操作態様を例示）の推移を示している。図２（ｃ）は、その論理値を「Ｈ」とすることで、上記充電スイッチ１０５の操作を通じたピエゾアクチュエータＰＡの充電を行なう時期及び期間を指定するための信号である充電期間信号の推移を示している。図２（ｄ）は、上記充電期間信号に応じた上記充電スイッチ１０５の操作態様の推移を示している。図２（ｅ）は、その論理値を「Ｈ」とすることで、上記放電スイッチ１１２の操作を通じたピエゾアクチュエータＰＡの放電を行なう時期及び期間を指定するための信号である放電期間信号の推移を示している。図２（ｆ）は、上記放電期間信号に応じた上記放電スイッチ１１２の操作態様の推移を示している。図２（ｇ）は、ピエゾアクチュエータＰＡに流れる電流の推移を示している。図２（ｈ）は、ピエゾアクチュエータＰＡの高電位となる端子側の電位の推移を示している。

時刻ｔ１に、先の図１に示した電子制御装置１０からコントローラ１５０に噴射信号ＩＪＴａが入力されると、コントローラ１５０により、この噴射信号ＩＪＴａに基づき、上記充電期間信号が、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで論理「Ｈ」となる態様にて生成されるとともに、選択スイッチ１０９ａを選択的にオンとすべく、選択制御信号が出力される。そして、生成された充電期間信号に基づき、コントローラ１５０では、上記充電スイッチ１０５がオン・オフ操作される。なお、上記充電期間信号を、電子制御装置１０によって生成されるようにし、且つこの信号の論理「Ｈ」となる期間を、図示しないコモンレール圧などの条件に応じて可変設定するようにしてもよい。

ここで、上記充電スイッチ１０５がオンとされることによって、図３（ａ）に示すように、コンデンサ１０３、充電スイッチ１０５、充放電コイル１０６、ピエゾアクチュエータｐａ、選択スイッチ１０９ａ、抵抗１１０ａ、及び抵抗１０４からなる閉ループ回路が形成される。これにより、コンデンサ１０３の電荷がピエゾアクチュエータｐａに充電される。一方、充電スイッチ１０５の所定期間のオン操作の後、この充電スイッチ１０５がオフとされることで、図３（ｂ）に示すように、ダイオード１１４、充放電コイル１０６、ピエゾアクチュエータｐａ、選択スイッチ１０９ａ、抵抗１１０ａ、抵抗１１３からなる閉ループ回路が形成される。これにより、充放電コイル１０６のフライホイールエネルギが、ピエゾアクチュエータｐａに充電される。

上記態様にて充電スイッチ１０５が操作されることで、ピエゾアクチュエータｐａが充電され、ピエゾアクチュエータｐａの高電位となる端子側の電位が上昇する。

一方、図２に示す時刻ｔ３において噴射信号ＩＪＴａが論理「Ｌ」となると、コントローラ１５０により、上記放電期間信号が、時刻ｔ３から時刻ｔ４まで論理「Ｈ」となる態様にて生成されるとともに、上記放電スイッチ１１２がオン・オフ操作される。

すなわち、上記放電スイッチ１１２がオンとされることで、図４（ａ）に示すように、放電スイッチ１１２、充放電コイル１０６、ピエゾアクチュエータｐａ、選択スイッチ１０９ａ、抵抗１１０ａ及び抵抗１１３によって閉ループ回路が形成される。これにより、ピエゾアクチュエータｐａが放電される。更に、放電スイッチ１１２の所定時間のオン操作の後、この放電スイッチ１１２がオフとされることで、図４（ｂ）に示すように、コンデンサ１０３、ダイオード１０７、充放電コイル１０６、ピエゾアクチュエータｐａ、選択スイッチ１０９ａ、抵抗１１０ａ及び抵抗１０４によって閉ループ回路が形成される。これにより、充放電コイル１０６のフライホイールエネルギがダイオード１０７を介してコンデンサ１０３に回収される。

上記態様にて放電スイッチ１１２が操作されることで、ピエゾアクチュエータｐａが放電され、ピエゾアクチュエータｐａの高電位となる端子側の電位が低下する。

そして、放電をする制御期間の終了後の時刻ｔ５に、選択スイッチ１０９ａがオフとされる。なお、この選択スイッチ１０９ａの寄生ダイオードであるダイオード１１１ａの機能に鑑みれば、充電制御の終了時にこの選択スイッチ１０９ａがオフとされることも可能であるが、より良好な導通状態を確保すべく、本実施形態では選択スイッチ１０９ａのオン操作を上記態様にて行なった。

以上説明した態様にて、充電スイッチ１０５のオン・オフ操作や、放電スイッチ１１２のオン・オフ操作を行なうことで、ピエゾアクチュエータＰＡの充放電制御をすることができる。

ただし、当該エンジンの始動に際したスタータモータＳＴの起動時等、バッテリＢの電圧が著しく低下するときには、上記コントローラ１５０や電子制御装置１０への給電電圧が、これらの動作の保証される電圧の最低値（最低動作電圧）を下回ってしまうことがある。換言すれば、上記コントローラ１５０や電子制御装置１０による充放電回路ＣＤの駆動状態の操作が不能となることがある。こうした状況下にあっても、ピエゾアクチュエータＰＡに蓄えられた電荷を放電すべく、本実施形態では、ピエゾアクチュエータＰＡを放電させる放電通路を設けるとともに、上記操作が不能となったとき、この放電通路を充放電回路ＣＤに対して開通させる開通手段を備えるようにした。

すなわち、図１に示すように、充電スイッチ１０５及び充放電コイル１０６間と接地との間に、ＰチャネルＭＯＳトランジスタからなる自動放電スイッチ１３０のソース及びドレインと抵抗１３１との直列接続体を備えるようにした。一方、自動放電スイッチ１３０のゲートには、上記ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の昇圧電圧が、ダイオード１３３、抵抗１３４を介して印加されるようにした。そして、このダイオード１３３の出力側と接地との間には、供給される電荷を所定の放電速度で放電させるための回路であるコンデンサ１３５と抵抗１３６との並列接続体からなる回路を接続した。

これにより、上記電子制御装置１０やコントローラ１５０の動作が不能となるなどしてＤＣ／ＤＣコンバータ１０１が停止されたときには、コンデンサ１３５に蓄えられた電荷が放電されるため、ダイオード１３３の出力側の電位（ノードｋの電位）も低下する。そして自動放電スイッチ１３０は、ノードｋの電位がピエゾアクチュエータＰＡの高電位となる端子側の電位（ノードｍ）よりも所定の閾値だけ低下するとき、放電通路（抵抗１３１及び接地）を、上記ノードｍに対して開通させる開通手段として機能する。これにより、放電スイッチ１１２を通じた接地側への電荷の放電が不能となったときであっても、ピエゾアクチュエータＰＡに蓄えられた電荷を放電することが可能となる。

更に、上記自動放電スイッチ１３０を、充放電コイル１０６と充電スイッチ１０５との間のノードｍと接続させることで、上記操作が不能となるときには、ピエゾアクチュエータＰＡの電荷が充放電コイル１０６を介して放電されるようになる。このため、ピエゾアクチュエータＰＡの電荷が自動放電スイッチ１３０を介して一気に流れることを回避することもできる。

なお、図１に示すように、コントローラ１５０は、ノードｎの電位を取り込むことで、抵抗１３１を流れる電流量を検出している。そして、これに基づき、充放電回路ＣＤの駆動状態の操作が正常になされているときに自動放電スイッチ１３０がオンとされる誤動作が生じていないかを監視している。

ここで、スタータモータＳＴの起動によるエンジン始動に際してのバッテリＢの電圧低下や、それに伴う開通手段の動作について、図５及び図６を用いて説明する。

図５は、スタータモータＳＴの起動時のバッテリＢの電圧の推移の一例を示すタイムチャートである。同図５に示すように、スタータモータＳＴの起動に伴い、バッテリＢの電圧は低下し、低電圧の領域で変動するようになる。ちなみに、この変動は、エンジンに備えられるピストンのうちの任意のピストンが上死点となる周期に同期している。すなわち、４気筒を例示している本実施形態では、この周期は、「１８０°ＣＡ」である。

図６は、こうしたバッテリＢの電圧低下時における充放電回路ＣＤの各箇所のタイムチャートである（この図６は、一般的な電圧低下時のものであり、図５と対応したものを記載しているわけではない）。ちなみに、図６（ａ）は、噴射信号の推移を、図６（ｂ）は、バッテリＢの電圧の推移を、図６（ｃ）は、コンデンサ１３５の高電位となる端子側の電圧（ノードｋの電位）の推移を、図６（ｄ）は、ピエゾアクチュエータＰＡの高電位となる端子側の電位の推移を、図６（ｅ）は、上記自動放電スイッチのオン・オフ動作の推移をそれぞれ示す。

ここで、時刻ｔ１に、電子制御装置１０からコントローラ１５０に噴射信号が入力されると、ピエゾアクチュエータＰＡの充電に伴い、ピエゾアクチュエータＰＡの電位が上昇する。ただし、時刻ｔ２において、バッテリＢの電圧が、コントローラ１５０の最低動作電圧（例えば「４．５Ｖ」）よりも低下すると、コントローラ１５０による上記トランジスタ１０１ｔの操作が停止されるため、上記ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の動作も停止されるようになる。このため、時刻ｔ２以降、コンデンサ１３５の高電位となる端子側の電位も低下するようになる。そして、コンデンサ１３５の高電位となる端子側の電位が、ピエゾアクチュエータＰＡの高電位となる端子側の電位Ｖｈｉと略等しくなる時刻ｔ３（正確には、コンデンサ１３５の上記電位が、ノードｍの電位よりも自動放電スイッチ１３０をオンとするための閾値Δだけ低い電位となる時刻）において、自動放電スイッチ１３５がオンとされることで、ピエゾアクチュエータＰＡが放電される。

これにより、ピエゾアクチュエータＰＡの高電位となる端子側の電位が低下する。すなわち、図６に示されるように、ピエゾアクチュエータＰＡの充電後であって放電制御の前に放電スイッチ１１２の操作が不能となった場合であっても、ピエゾアクチュエータＰＡに蓄えられた電荷は、自動放電スイッチ１３０を通じて放電されるようになる。ちなみに、コンデンサ１３５の上記電位は、最終的にバッテリの電圧Ｖｂまで低下する。一方、ピエゾアクチュエータＰＡの上記電位は、時刻ｔ４において、自動放電スイッチ１３０がオフするまで低下する。すなわち、上記ノードｍの電位が、上記コンデンサ１３５の上記電位よりも上記閾値Δだけ高い電位「Ｖｂ＋Δ」となるまで低下する。

このように、本実施形態によれば、エンジンの始動時等、バッテリＢの電圧がコントローラ１５０や電子制御装置１０の最低動作電圧を下回り、放電スイッチ１１２が操作不能となったとしても、ピエゾアクチュエータＰＡに蓄えられた電荷を放電することができる。そして、これにより上記燃料噴射弁ＦＩａ〜ＦＩｄを閉弁させることが可能となる。

ちなみに、たとえ上記自動放電スイッチ１３０等がなかったとしても、ピエゾアクチュエータＰＡに蓄えられた電荷は、抵抗１２１及び抵抗１２２の直列接続体や、上記抵抗ｆｒａ〜ｆｒｄを介して徐々に放電されはする。しかし、これら抵抗１２１及び抵抗１２２や抵抗ｆｒａ〜ｆｒｄは、通常の充放電制御を妨げないような設定となっている。このため、たとえコントローラ１５０等の動作不良によりピエゾアクチュエータＰＡを迅速に放電させることが所望される状況下となったとしても、これら抵抗１２１及び抵抗１２２や抵抗ｆｒａ〜ｆｒｄを介して、ピエゾアクチュエータＰＡを迅速に放電させることはできない。この点、本実施形態では、自動放電スイッチ１３０等を設けることで、ピエゾアクチュエータＰＡを迅速に放電させることが所望される状況下、この要求を的確に満たすことができるようになる。

なお、こうした状況下における自動放電スイッチ１３０の放電開始時期は、上記コンデンサ１３５の容量や抵抗１３６の抵抗値の設定によって調整することができる。更に、これらコンデンサ１３５の容量や抵抗１３６の抵抗値の設定によって、ピエゾアクチュエータＰＡの放電による上記ノードｍの電位低下の度合いも定められることとなる。すなわち、自動放電スイッチ１３０を通じたピエゾアクチュエータＰＡの放電によるノードｍの電位低下の度合いが、上記コンデンサ１３５の高電位側（ノードｋ）の電位低下の度合いよりも大きいと、自動放電スイッチ１３０が再度オフとされることとなる。そして、この場合、ノードｋの電位がノードｍの電位よりも所定値だけ低下すると自動放電スイッチ１３０がオンとされる等、自動放電スイッチ１３０のオン・オフ動作が繰り返されることになり、結果としてピエゾアクチュエータＰＡの放電によるノードｍの電位低下が遅れる。このため、ピエゾアクチュエータＰＡの電荷を迅速に放電するためには、上記コンデンサ１３５及び抵抗１３６の並列接続体による放電速度が大きいことが望ましい。

ただし、この際、充放電回路ＣＤの駆動状態の操作が正常に行なわれているときには、上記正常な操作が上記自動放電スイッチ１３０の誤動作によって妨げられることのないように上記コンデンサ１３５及び抵抗１３６を設定する。すなわち、上記コンデンサ１３５の容量や抵抗１３６の抵抗値は、上記正常な操作がなされているときの自動放電スイッチ１３０の誤動作を回避することのできる値であって、且つ上記操作が不能となったときに速やかに自動放電スイッチ１３０を通じたピエゾアクチュエータＰＡの放電が可能となるような値に設定する。換言すれば、上記ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１による昇圧電圧が印加されているときには、ノードｋの電位をほとんど低下させることのない値であって、且つＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の昇圧電圧が印加されないときには、ノードｋの電位を迅速に低下させるような値に設定する。

（第２の実施形態）
以下、本発明にかかるピエゾアクチュエータの駆動装置を、車載ディーゼルエンジンの燃料噴射弁のピエゾアクチュエータの駆動状態を制御する駆動装置に適用した第２の実施の形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図７に、本実施形態の全体構成を示す。なお、この図７において、先の図１と同一の回路については便宜上同一の符号を付した。更に、充放電回路ＣＤや、ドライバユニット１００、コントローラ１５０、電子制御装置１０については、先の図１に示したものとは一部機能が相違するが、同様の役割を果たす要素として便宜上同一の符号を付した。

図７に示すように、本実施形態では、ピエゾアクチュエータＰＡ及び充放電コイル１０６間と接地との間に、完全放電スイッチ１４０と抵抗１４１との直列接続体を備えるようにした。ここで、完全放電スイッチ１４０は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタからなる。また、図中、ダイオード１４２は、このトランジスタが形成されることで形成される寄生ダイオードで、そのカソードが充放電コイル１０６側に、またそのアノードが接地側にそれぞれ接続されている。

この完全放電スイッチ１４０は、充放電回路ＣＤを通じたピエゾアクチュエータＰＡの上述した放電制御では完全には放電することのできない電荷を放電するためのものである。すなわち、上記放電スイッチ１１２を通じてピエゾアクチュエータＰＡを放電させたとしても、この放電スイッチ１１２の放電が充放電コイル１０６を介して行なわれることなどから、この放電制御の後であってもピエゾアクチュエータＰＡに電荷が残ることがある。このため、本実施形態では、上記放電スイッチ１１２の操作による放電制御の後、抵抗１４１を流れる電流を監視しつつ、完全放電スイッチ１４０をオンとする。そして、抵抗１４１を流れる電流が「０」となったところで、完全放電スイッチ１４０をオフとする。

更に、本実施形態では、電子制御装置１０やコントローラ１５０の動作が不能となったときに、ピエゾアクチュエータＰＡを放電させる放電通路と、この放電通路をピエゾアクチュエータＰＡの高電位となる端子側に対して開通させる開通手段とを下記構成とした。

すなわち、上記リレーＲのＡ接点を介してバッテリＢとドライバユニット１００とを接続するとともに、上記リレーＲのＢ接点を介してピエゾアクチュエータＰＡの高電位となる端子側と接地とを接続することで上記開通手段を構成する。これにより、バッテリＢの電圧が低下する等によってコントローラ１５０への給電電圧がその動作電圧を下回ったときには、Ｂ接点を介してピエゾアクチュエータＰＡの高電位となる端子側が接地に対し開通されるようになる。

すなわち、リレーＲのＡ接点はノーマリーオープンであり、そのＢ接点はノーマリークローズであるため、リレーＲのＡ接点への給電電圧がその最低動作電圧（リレーの動作が保証される電圧）を下回れば、リレーＲのＡ接点はオフと、またそのＢ接点はオンとなる。このリレーＲの性質を利用することで、リレーＲを用いて開通手段を構成することが可能となる。この際、リレーＲの最低動作電圧（例えば「５．５Ｖ」）は、電子制御装置１０の最低動作電圧（例えば「３．５〜４．０Ｖ」）やコントローラ１５０の最低動作電圧（例えば「４．５Ｖ」）以上に設定しておく。

なお、リレーＲのＢ接点と接続されるピエゾアクチュエータＰＡの高電位となる端子側を、充放電コイル１０６と充電スイッチ１０５との間（ノードｓ）とする。これにより、バッテリＢの電圧がリレーＲの最低動作電圧を下回ったとき、充放電コイル１０６を介すことで、ピエゾアクチュエータＰＡの電荷がリレーＲのＢ接点を介して一気に流れることを回避することができるようになる。

ここで、本実施形態にかかる開通手段の動作を、図８を用いて更に説明する。

図８は、バッテリＢの電圧低下時についてのタイムチャートである。ちなみに、図８（ａ）は、噴射信号の推移を、図８（ｂ）は、バッテリＢの電圧の推移を、図８（ｃ）は、ピエゾアクチュエータＰＡの高電位となる端子側の電位の推移をそれぞれ示す。

ここで、時刻ｔ１に、電子制御装置１０からコントローラ１５０に噴射信号が入力されると、ピエゾアクチュエータＰＡの充電に伴い、ピエゾアクチュエータＰＡの上記電位が上昇する。そして、時刻ｔ２において、バッテリＢの電圧がリレーＲの最低動作電圧Ｖｒよりも低下すると、上記スイッチＫＳがオンとされているにもかかわらず、上記リレーＲのＡ接点がオフとなるとともに、そのＢ接点がオンとなる。このため、リレーＲを介したピエゾアクチュエータＰＡの放電が開始され、その高電位となる端子側の電位が低下する。ちなみに、図中、Ｖｃは、コントローラ１５０の最低動作電圧を、また、Ｖｅは、電子制御装置１０の最低動作電圧をそれぞれ示している。このように、リレーＲの最低動作電圧Ｖｒが、コントローラ１５０の最低動作電圧Ｖｃや電子制御装置Ｖｅの最低動作電圧よりも高いために、コントローラ１５０や電子制御装置１０の動作が停止する前に、ピエゾアクチュエータＰＡが蓄える電荷を放電させることができるようになる。

なお、上記充放電回路ＣＤの最低動作電圧がコントローラ１５０や電子制御装置１０の最低動作電圧よりも高い場合には、リレーＲの最低動作電圧を充放電回路ＣＤの最低動作電圧よりも高く設定することが望ましい。

（第３の実施形態）
以下、本発明にかかるピエゾアクチュエータの駆動装置を、車載ディーゼルエンジンの燃料噴射弁のピエゾアクチュエータの駆動状態を制御する駆動装置に適用した第３の実施の形態について、先の第２の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態においても、先の図２と同様の構成を用いて、コントローラ１５０や電子制御装置１０による充放電回路ＣＤの操作が不能となるとき、ピエゾアクチュエータＰＡを放電する。ただし、本実施形態では、コントローラ１５０によって充放電回路の異常を通知する上記ＩＪＦ信号が生成されるときには、電子制御装置１０によって上記リレーＲをオフとする制御を行なう。

以下、図９を用いてこれについて説明する。図９は、本実施形態にかかる充放電回路ＣＤの異常時のフェールセーフ処理の手順を示す。この処理は、電子制御装置１０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理においては、まずステップＳ１０において、上記コントローラ１５０から上記ＩＪＦ信号が正常であるか否かを、換言すれば、上記充放電回路ＣＤに異常がある旨検出されたか否かを判断する。そして、ステップＳ１０においてＩＪＦ信号が正常でない（異常）と判断されたときには、ステップＳ２０において、上記スイッチＫＳの操作を通じてリレーＲをオフとする制御を行なう。これにより、Ａ接点がオープンとなるとともに、Ｂ接点がクローズとなる。一方、上記ステップＳ１０においてＩＪＦ信号が正常であると判断された場合や、ステップＳ２０の処理が終了された場合には、この一連の処理を一旦終了する。

このように、本実施形態によれば、充放電回路ＣＤに異常がある旨検出されたときには、リレーＲのＢ接点を介してピエゾアクチュエータＰＡを迅速に放電することができる。なお、従来、充放電回路に異常がある旨の検出がされたときにこれに給電するリレーをオフとする制御は行なわれていた。しかし、この場合、例えば放電スイッチ１１２及び完全放電スイッチ１４０がオープン故障しているときには、リレーをオフとしたところで、ピエゾアクチュエータＰＡに蓄えられた電荷が迅速に放電されることはない。この点、本実施形態では、ピエゾアクチュエータＰＡの高電位となる端子側と接地とをリレーＲのＢ接点を介して接続することで、リレーＲをオフとする制御によってピエゾアクチュエータＰＡに蓄えられた電荷を迅速に放電させることができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記自動放電スイッチ１３０は、充放電回路ＣＤの駆動状態が正常に操作されているときには、放電時、放電スイッチ１１２の操作だけでは放電できない電荷を放電するために用いてもよい。

・給電電圧を昇圧する昇圧回路としては、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ１０１に限らず、例えばトランス等でもよい。

・供給される電荷を放電させる放電手段としては、上記コンデンサ１３５と抵抗１３６との並列接続体に限らない。更に、例えば、コントローラ１５０が正常に作動しているときにはダイオード１３３からの出力が一切放電されないようにＰチャネルトランジスタのソース及びドレインを、上記並列接続体と接地とに接続するとともに、そのゲートに印加される電圧がコントローラ１５０によって制御されるようにしてもよい。

・昇圧回路の昇圧電圧がピエゾアクチュエータＰＡに印加されるに先立ち、昇圧電圧を整流する手段である第１の整流手段としては上記ダイオード１０２に限らない。要は、ピエゾアクチュエータＰＡから昇圧回路側への電流の流通を阻止することのできるものであればよい。更に、昇圧回路の昇圧電圧が放電手段に印加されるに先立ち、昇圧電圧を整流する手段である第２の整流手段としては、上記ダイオード１３３に限らない。要は、放電手段から昇圧回路側への電流の流通を阻止するものであればよい。

・充放電回路ＣＤによる充放電回路ＣＤの操作の不能時にピエゾアクチュエータＰＡの高電位となる端子側よりもその電位が低くなると想定される電位低下箇所としては、上記放電手段の高電位側に限らない。例えば、この放電手段を備える代わりに、第２の整流手段の出力側と接地とを、ＰチャネルＭＯＳトランジスタのソース及びドレインに接続するとともに、そのゲートに印加される電圧をコントローラ１５０によって制御するようにしてもよい。この場合、上記操作の不能時には、コントローラ１５０がゲートに電圧を印加することができなくなるために、Ｐチャネルトランジスタのソース及びドレインが導通状態となる。このため、第２の整流手段の出力側の電位は、ピエゾアクチュエータＰＡの高電位となる端子側の電圧よりも低くなると想定される。更に、例えば、自動放電スイッチ１３０のゲートに印加される電圧を、コントローラ１５０によって制御するようにしてもよい。この場合、上記操作の不能時には、コントローラ１５０がゲートに電荷を印加することができなくなるために、自動放電スイッチ１３０のゲートに印加される電圧は、ピエゾアクチュエータＰＡの高電位となる端子側の電圧よりも低くなると想定される。

・上記第１の実施形態では、自動放電スイッチ１３０を、充電スイッチ１０５と充放電コイル１０６との間にその一端が接続されるようにして設けたが、これに限らず、ピエゾスタック（ピエゾアクチュエータＰＡ）の高電位となる端子とダイオード１０２のカソードとの間にその一端が接続されるものであればよい。ただし、充放電コイル１０６とダイオード１０２のカソード側との間にその一端が接続されるようにすることが、換言すれば、充放電コイル１０６を介してピエゾアクチュエータＰＡの電荷が自動放電スイッチ１３０を通じて放電されるようにすることが望ましい。これにより、自動放電スイッチ１３０によるピエゾアクチュエータＰＡの放電時、自動放電スイッチ１３０を通じて電流が一気に流れることを回避することができるようになる。

・例えば自動放電スイッチ１３０の動作を監視しない場合等には、抵抗１３１を用いなくてもよい。換言すれば、ピエゾアクチュエータＰＡに蓄えられている電荷を放電する放電通路としては、抵抗を介して接地と導通状態にある通路に限らない。

・上記第１の実施形態では、開通手段をＰチャネルトランジスタを備えて構成したが、これに限らない。要は、第２の整流手段の出力側の電位が第１の整流手段の出力側の電位よりも所定の値以上低下したときに、第１の整流手段の出力側と放電通路とを開通させるものであればよい。

・上記第２の実施形態では、充電スイッチ１０５と充放電コイル１０６との間と、接地とをリレーＲのＢ接点を介して接続したが、充放電回路ＣＤとリレーＲのＢ接点との接続箇所としては、これに限らない。ダイオード１０２のカソード側とピエゾアクチュエータＰＡの高電位となる端子側との間であればよい。ただし、充放電コイル１０６とダイオード１０２のカソード側との間であることが望ましい。これにより、リレーＲのＢ接点を介して電流が一気に流れることを回避することができる。また、それ以外の箇所に接続するときには、リレーＲのＢ接点との間に電流の流れを制限する手段を設けてもよい。

・電子制御装置１０及びドライバユニット１００への給電電圧を監視し、該給電電圧が所定の値未満となったときに、放電通路をピエゾアクチュエータＰＡの高電位となる端子側に対して開通させる開通手段としては、上記リレーを備えて構成されるものに限らない。また、開通手段は、電子制御装置１０、ドライバユニット１００の双方に電力を供給している給電手段の給電電圧を監視するものに限らない。要は、電子制御装置１０、コントローラ１５０、充放電回路ＣＤの少なくとも１つに電力を供給している給電手段の給電電圧を監視するものであればよい。

・上記第２の実施形態では、充放電回路ＣＤに異常がある旨検出されると、電子制御装置１０がリレーＲをオフとする制御を行なったが、これに限らない。例えば、充放電回路ＣＤに異常がある旨検出されると、コントローラ１５０がリレーＲをオフとする制御を行なうようにしてもよい。

・上記第３の実施形態の処理である電子制御装置１０によるリレーＲをオフとする処理は、リレーＲ、充放電回路ＣＤ、電子制御装置１０、及びコントローラ１５０の各最低動作電圧を任意に設定した場合であっても行なうことができる。

・コントローラ１５０や電子制御装置１０による充放電回路ＣＤの駆動状態の操作が不能となったとき、ピエゾアクチュエータを放電させる放電通路をピエゾアクチュエータの高電位となる端子側に対して開通させる開通手段としては、上記各実施形態及びそれらの変形例において例示したものに限らない。また例えば、図１と図２とをともに備える構成であってもよい。

・ピエゾアクチュエータの充電及び放電に用いられる充放電回路としては、先の図１及び図７に示したものに限らない。例えば、図１において図７に示した完全放電スイッチ１４０を備えるようにしてもよい。また、図７において、完全放電スイッチ１４０の寄生ダイオード（ダイオード１４２）がダイオード１２０と同様の役割を果たすことが期待できることから、このダイオード１２０を省いてもよい。また、コンデンサ１０３を用いて、放電時にピエゾアクチュエータの電荷を回収する機能を有する構成でなくてもよい。更に、ピエゾアクチュエータの充電のために要求される高電圧を給電手段によって確保することができるなら、昇圧回路を備えなくてもよい。また、給電手段や昇圧回路の電圧を印加することで、ピエゾアクチュエータＰＡの充電を良好に行なうことができるなら、充放電コイル１０６を備えていなくてもよい。要は、ピエゾアクチュエータと給電手段との間の充電用のループ回路及びその開閉状態を制御する充電スイッチと、ピエゾアクチュエータを含む放電用のループ回路及びその開閉状態を制御する放電スイッチとを備える等、駆動状態が操作されることで、ピエゾアクチュエータの充電及び放電にかかる制御を行なうことができるものであればよい。

・充放電回路の駆動状態を操作することで充電及び放電にかかる制御を行なう制御手段としては、上記コントローラ１５０と電子制御装置１０とによって構成されるものに限らない。また、例えば電子制御装置１０内に、ドライバユニット１００を備える構成としてもよい。

・ピエゾアクチュエータとしては、ディーゼルエンジンの燃料噴射弁に用いられるアクチュエータに限らず、例えば筒内噴射式ガソリンエンジンの燃料噴射弁などに用いられるアクチュエータであってもよい。

第１の実施の形態にかかるピエゾアクチュエータの駆動装置の全体構成を示す回路図。 同実施形態によるピエゾアクチュエータの充放電制御の態様を示すタイムチャート。 同実施形態にかかる充電制御時における充放電回路の電流の流通態様を示す図。 同実施形態にかかる放電制御時における充放電回路の電流の流通態様を示す図。 同実施形態におけるエンジンの始動時のバッテリ電圧の変動を示すタイムチャート。 同実施形態において、バッテリの電圧低下時のピエゾアクチュエータの放電態様を示すタイムチャート。 第２の実施の形態にかかるピエゾアクチュエータの駆動装置の全体構成を示す回路図。 同実施形態において、バッテリの電圧低下時のピエゾアクチュエータの放電態様を示すタイムチャート。 同実施形態における充放電回路の異常時の処理の手順を示すフローチャート。 従来のピエゾアクチュエータの駆動装置の全体構成を示す回路図。

符号の説明

ＣＤ…充放電回路、ＰＡ…ピエゾアクチュエータ、ＳＴ…スタータ、Ｂ…バッテリ、Ｒ…リレー、１０…電子制御装置、１００…ドライバユニット、１５０…コントローラ、１０１…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１０２…ダイオード、１０３…コンデンサ、１０５…充電スイッチ、１０６…充放電コイル、１１２…放電スイッチ、１３０…自動放電スイッチ、１３３…ダイオード、１３５…コンデンサ、１３６…抵抗。

Claims (9)

1. ピエゾアクチュエータの充電及び放電に用いられる充放電回路と、前記充放電回路の駆動状態を操作することでピエゾアクチュエータの充電制御及び放電制御を行う制御手段とを備えるピエゾアクチュエータの駆動装置において、
   前記制御手段による前記操作が不能となるとき、前記ピエゾアクチュエータを放電させる放電通路を該ピエゾアクチュエータの高電位となる端子側に対して開通させる開通手段が備えられ、
   前記開通手段は、Ｐチャネルトランジスタを備えて構成され、
   前記Ｐチャネルトランジスタのソースとドレインとに、前記ピエゾアクチュエータの端子のうちの高電位となる端子側と前記放電通路とが接続されるとともに、前記Ｐチャネルトランジスタのゲートに、前記制御手段による前記操作が不能となるときに前記高電位となる端子側よりも電位が低くなる電位低下箇所が接続されてなるピエゾアクチュエータの駆動装置。
2. 請求項１記載のピエゾアクチュエータの駆動装置において、
   前記充放電回路は、前記制御手段によって操作されて給電電圧を昇圧する昇圧回路を備え、
   前記昇圧回路による昇圧電圧は、第１の整流手段を介して前記ピエゾアクチュエータに印加されるとともに、第２の整流手段を介して、電荷を放電させる放電手段に印加されるものであり、
   前記電位低下箇所を、前記第２の整流手段の出力側としたことを特徴とするピエゾアクチュエータの駆動装置。
3. ピエゾアクチュエータの充電及び放電に用いられる充放電回路と、前記充放電回路の駆動状態を操作することでピエゾアクチュエータの充電制御及び放電制御を行う制御手段とを備えるピエゾアクチュエータの駆動装置において、
   前記制御手段による前記操作が不能となるとき、前記ピエゾアクチュエータを放電させる放電通路を該ピエゾアクチュエータの高電位となる端子側に対して開通させる開通手段が備えられ、
   前記開通手段は、Ａ接点及びＢ接点を有して且つその最低動作電圧が前記制御手段の最低動作電圧よりも高いリレーを備えて構成され、
   前記制御手段に電力を供給する給電手段と前記リレーのＡ接点とが接続されるとともに、前記高電位となる端子側と前記放電通路とが前記リレーのＢ接点を介して接続されてなるピエゾアクチュエータの駆動装置。
4. 前記制御手段は、前記充放電回路の異常を検出するとき、前記リレーをオフとする請求項３記載のピエゾアクチュエータの駆動装置。
5. 昇圧回路により昇圧された給電電圧をピエゾアクチュエータに印加することでこれを充電する制御と、前記ピエゾアクチュエータを放電する制御とを行うピエゾアクチュエータの駆動装置において、
   前記昇圧回路の昇圧電圧は、第１の整流手段を介して前記ピエゾアクチュエータの一方の端子に印加されるとともに、第２の整流手段を介して、電荷を放電させる放電手段に印加されるものであり、
   前記第２の整流手段の出力側の電位が前記第１の整流手段の出力側の電位よりも所定の値以上低下すると、前記第１の整流手段の出力側を、前記ピエゾアクチュエータを放電する放電通路に対して開通させる開通手段を設けたことを特徴とするピエゾアクチュエータの駆動装置。
6. 前記開通手段は、Ｐチャネルトランジスタを備えて構成され、
   前記Ｐチャネルトランジスタのソースとドレインとに、前記第１の整流手段の出力側と前記放電通路とが接続されるとともに、前記Ｐチャネルトランジスタのゲートに前記第２の整流手段の出力側が接続されてなる請求項５記載のピエゾアクチュエータの駆動装置。
7. ピエゾアクチュエータの充電及び放電に用いられる充放電回路と、前記充放電回路の駆動状態を操作することでピエゾアクチュエータの充電制御及び放電制御を行う制御手段とを備えるピエゾアクチュエータの駆動装置において、
   前記制御手段及び前記充放電回路の少なくとも一方に電力を供給する給電手段の給電電圧を監視し、該給電電圧が所定の値未満となったときに、前記ピエゾアクチュエータに蓄積されている電荷を放電する放電通路を、前記ピエゾアクチュエータの高電位となる端子側に対して開通させる開通手段を備え、
   前記開通手段は、Ａ接点及びＢ接点を有して且つその最低動作電圧を前記所定の値とするリレーを備えて構成され、
   前記給電手段と前記リレーのＡ接点とが接続されるとともに、前記放電通路と前記高電位となる端子側とが前記リレーのＢ接点を介して接続されてなるピエゾアクチュエータの駆動装置。
8. 前記制御手段は、前記充放電回路の異常を検出するとき、前記リレーをオフとする請求項７記載のピエゾアクチュエータの駆動装置。
9. 前記ピエゾアクチュエータは、車両に駆動力を供給する内燃機関に備えられる燃料噴射弁の開閉制御に用いられるアクチュエータである請求項１〜８のいずれかに記載のピエゾアクチュエータの駆動装置。

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