JPH02176121A - 電歪式アクチュエータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 〔産業上の利用分野コ 本発明は、電歪式アクチュエータ駆動装置に係り、詳し
くは電歪式アクチュエータに発生する電圧を検出してこ
れを伸長駆動させる装置に関する。

［従来の技術］ 従来より、電歪式アクチュエータを伸縮駆動することに
より各種装置を作動するものが知られている。

例えば、特開昭６１−２５９２５号公報又は特開昭６２
−２７９２３４号公報載の号公報様に、ディーゼル機関
のパイロット噴射制御装置において、電歪式アクチュエ
ータの発生電圧に基づきバイロフト噴射制御を行うもの
がある。

電歪式アクチュエータの伸縮量は、一般に印加する電圧
に依存している。そこで、フライバック式高電圧発生装
置を用いて高電圧を負荷することにより電歪式アクチュ
エータの伸縮量を大きく取る装置が特開昭６３−６８７
４６号に提案されている。かかる装置においては、作動
に必要な高電圧を発生するためにフライバック式高電圧
発生装置の昇圧用の一次側巻線に十分な通電を行う必要
がある。

［発明が解決しようとする課題］ かかる従来の装置においては、電歪式アクチュエータの
発生電圧を検出することによりフライバック式高電圧発
生装置の一部電流遮断タイミングを決定していたため、
異常等により電歪式アクチュエータからの発生電圧が検
出されない場合には、二次側の圧電素子に高電圧が印可
されることはなく、アクチュエータの作動は自動的に停
止される。

しかしこの場合にはフライバック式高電圧発生装置へ電
流を流し続けることになり、過熱等により一次側回路中
に使用されている抵抗器・トランジスタ等が破損すると
いう不具合が生じるおそれがあった。

そこで、かかる不具合を防止し、信頼性の高い電歪式ア
クチュエータ駆動装置の提供を目的として本発明がなさ
れた。

発明の構成 ［課題を解決するための手段］ 本発明の電歪式アクチュエータ駆動装置は第１図に例示
する様に、 繰り返し圧力が高まる流路に臨んで設けられた電歪式ア
クチュエータＭ１と、 前記流路の圧力を受けて前記電歪式アクチュエータＭ１
に発生する電圧を検出する電圧検出手段Ｍ２と、 一次電流の遮断により二次側回路に高電圧を発生する昇
圧部を備え、該二次側回路に前記電歪式アクチュエータ
Ｍ１を接続したフライバック式高電圧発生手段Ｍ３と、 前記電圧検出手段Ｍ２により検出された電圧が所定値以
上となったとき、前記フライバック式高電圧発生手段Ｍ
３の前記一次電流を遮断して前記電歪式アクチュエータ
Ｍ１に高電圧を付与する一部電流遮断手段Ｍ４と を備えた電歪式アク子ュエータ駆動装置において、 前記一次電流遮断手段Ｍ４が所定時間を越えて作動しな
い場合には、前記フライバック式高電圧発生手段Ｍ３へ
の通電を停止する通電停止手段Ｍ５を備えることを特徴
とする。

［作用］ 前記電歪式アクチュエータＭ１には繰り返し圧力が高ま
る流路からの圧力が加わっており、該圧力値に応じた電
圧が発生している。電圧検出手段Ｍ２は電歪式アクチュ
エータＭ１に発生する前記電圧値を検出している。電圧
検出手段Ｍ２により検出される電圧値が所定値以上とな
ったときは、一次電流遮断手段Ｍ４には、フライバック
式高電圧発生手段Ｍ３の一次電流を遮断し、該フライバ
ック式高電圧発生手段Ｍ３の二次側回路に高電圧を発生
させ、該高電圧を電歪式アクチュエータＭ１に与える。

ここにおいて、一次電流遮断手段Ｍ４が所定時間を超え
て作動しない場合には、通電制御手段Ｍ５はフライバッ
ク式高電圧発生手段Ｍ３への通電を停止する。その結果
、フライバック式高電圧発生手段Ｍ３には電流が流れな
くなり、過剰な通電が防止される。

［実施例］ 次に、本発明の電歪式アクチュエータ駆動装置をディー
ゼルエンジンの燃料噴射制御装置として実現した一実施
例を説明する。実施例のシステム構成を第２図に示す。

同図に示す様に、ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装
置１は、ディーゼルエンジン２と、ディーゼルエンジン
２に供給する燃料を加圧・圧送する分配型の燃料噴射ポ
ンプ３と、燃料噴射ポンプ３に併設された電歪式アクチ
ュエータ４と、電歪式アクチュエータ４へ高電圧を負荷
するフライバック式高電圧発生回路５と、これらを制御
する電子制御装置（以下単にＥＣＵと呼ぶ）７とから構
成されている。

ディーゼルエンジン２には、燃料噴射ポンプ３により燃
料が供給される燃料噴射弁１５が配設されている。

燃料噴射ポンプ３は、ディーゼルエンジン２のクランク
軸（図示略）とベルト等により連結されたドライブプー
リ２１と、ドライブプーリ２１のドライブシャフト２２
に結合された燃料フィードポンプであるベーン式ポンプ
２３とを備え、ディーゼルエンジン２の駆動力により燃
料タンク（図示略）から燃料を吸い込む。ドライブシャ
フト２２の図示右端部にはカップリング２５を介してプ
ランジャ２７が連結されている。プランジャ２７の図示
左端側にはフェイスカム２６が一体に設けられている。

フェイスカム２６は、スプリング２９により図示左方へ
付勢されており、カム面２６ａにはカムローラ３１が当
接している。プランジャ２７は、ドライブシャフト２２
の回転に伴うカム面２６ａの乗り上げ動作により、ドラ
イブシャフト２２と共に回転しつつ軸方向に往復動され
、燃料を分配圧送する。

燃料噴射ポンプ３のハウジング３２の頭部には、ブロッ
ク３３が取り付けられている。また、ブロック３３には
、プランジャ２７の頂部が嵌合するシリンダ２日が取り
付けられている。ブロック３３内部には、プランジャ２
７及びシリンダ２日により囲まれた加圧室３４が形成さ
れる。プランジャ２７は、ディーゼルエンジン２の気筒
数に到応する数の吸入ボート３５を備え、ハウジング３
２内部の燃料を吸入して加圧室３４内部で昇圧し、同じ
く気筒数分備えた分配ボート３６を介して、該昇圧した
燃料を各気菌に分配供給する。また、プランジャ２７に
は、スピルボート３７を塞ぐ様にスピルリング３日が外
嵌されている。スピルリング３８は、周知のガバナ機構
（図示略）によりプランジャ２７に沿って摺動調節され
、燃料の加圧終了時期を調節している。加圧室３４内で
加圧された燃料は、分配ボート３６に連通ずる燃料供給
通路３９ａ、デリバリバルブ４０ａ及び燃料バイブ４１
を介して燃料噴射弁１５に給送される。

電歪式アク子ュエータ４は、ケーシング５１と、内部に
圧電素子５３を備えるピストン５２とを、液密的かつ摺
動自在に嵌合して構成されている。

電歪式アクチュエータ４は、ケーシング５１の先端外周
部に刻設された螺子部５１ａにより燃料噴射ポンプ３の
ブロック３３に螺着されている。ケーシング５１の先端
部分には、ケーシング５１゜ピストン５２の上端面５２
ａ及びブロック３３により囲まれた可変容積室５５が形
成される。可変容積室５５は、連通孔５６を介して燃料
噴射ポンプ３の加圧室３４に連通している。

圧電素子５３はチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とするセ
ラミック材であるＰＺＴから成る円板状部材を電極を介
装して複数枚積層した構造をなし、信号線５４を介して
電荷が負荷されると、図示上方に伸長してピストン５２
を同方向に摺動させる。

この結果、可変容積室５５の容積は減少する。−方、信
号線５４を介して電荷を取り除くと、圧電素子５３は前
述とは逆に収縮し、ピストン５２を図示下方に摺動させ
る。この結果、可変容積室５５の容積は増加する。なお
、可変容積室５５内部の燃料圧力は圧電素子５３に対し
圧縮力として作用する。このため、圧電素子５３は、該
圧縮力に起因する歪に応じた値の電圧を発生する。ＥＣ
Ｕ７は、信号線５４を介してこの電圧埴を検出すること
ができる。

フライバック式高電圧発生回路５は、第３図に示す様に
、一次側として、車載バラチリ６０と直列に接続された
一部巻線６１．一次側トランジスタロ２及び電流検出用
の抵抗器６３を備え、一次側トランジスタロ２０ベース
には、一次巻線６１に流れる電流値を一定とするための
一次測定電流制御回路６４が接続されている。一次側定
電流制御回路６４は、ＥＣＵ７からの制御信号に基づき
一部側トランジスタロ２ヘパルス信号を与え、一次巻線
６１への通電制御を行っている。また、一次巻線６１に
流れる電流値は一次測定電流制御回路６４を介してＥＣ
Ｕ７へ送られる。

フライバック式高電圧発生回路５の二次側には、圧電素
子５３．二次巻線６５．二次側トランジスタ６６及び電
流検出用の抵抗器６７が直列に接続されている。なお、
トランジスタ６６、抵抗器６７には、ダイオード６日が
並列に接続されている。

また、二次巻線６５に流れる電流値を制御するために、
二次側トランジスタ６６のベースに二次測定電流制御回
路６９が接続されている。二次測定電流制御回路６９は
、二次側トランジスタ６６へＥＣＵ７からの制御信号に
基づくパルス信号を与えると共に、二次巻線６５に流れ
る電流値をＥＣＵ７へ送っている。

また、以上の構成の他に、燃料噴射制御装置１は各種制
御を行うために種々の検出器を備える。

検出器としては、燃料噴射ポンプ３のドライブプーリ２
１の突起２１ａの通過を検出してディーゼルエンジン２
の各気筒の燃料噴射行程を検出する基準信号発生センサ
７１、ドライブシャフト２２に設けられたパルスギヤ２
４の歯列の通過により生じるパルス間隔からディーゼル
エンジン２の回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ７
２、ディーゼルエンジン２の冷却水温度を検出する水温
センサ７３、ディーゼルエンジン２のシリンダブロック
の壁面温度を検出するブロック温度センサ７４及びディ
ーゼルエンジン２の始動時にスタータ信号を出力するス
タータ信号・ンチ７５を備える。

上述したＥＣＵ７は、周知のＣＰＵ７ａ、ＲＯＭ７ｂ、
ＲＡＭ７ｅ、　　タイマ７ｄ、人出力部７ｆ及びこれら
を相互に接続するコモンバス７ｅを備え、論理演算回路
として構成される。上記各センサ、スイ・ソチ等の検出
信号及び圧電素子５３の圧電素子電圧Ｖ　ＰＺＴは、人
出力部７ｆを介してＣＰＵ７ａに人力され、一方、ＣＰ
Ｕ７ａは人出力部７ｆを介してフライバック式高電圧発
生回路５に制御信号を出力する。

ここで、第４図（イ）のタイミングチャートに基づき、
電歪式アクチュエータ４の動作を説明する。ＥＣＵ７か
ら、一次側定電流制御回路６４ヘオン信号が送られると
、一次側トランジスタロ２がオンとなり、一次巻線６１
に電流力９禿れ始め（ｆ−１１）、その後定電流値■１
に達する（Ｈ２）。

この状態では、圧電素子５３は、フライバック式高電圧
発生回路５による電圧を印加されておらず、逆に、プラ
ンジャ２７の燃料圧送動作に伴う可変容積室５５内の圧
力上昇により圧縮力を受けて、圧電素子電圧Ｖ　ＰＺＴ
を発生している（８２〜Ｈ３）。圧電素子電圧Ｖ　ＰＺ
Ｔは可変容積室５５内の圧力に比例し、この圧電素子電
圧Ｖ　ＰＺＴが燃料噴射圧と対応する所定の基準電圧値
ＶＴＨに達すると、一次側トランジスタロ２ヘターンオ
フ信号が送られ、一次巻線６１への通電が遮断される（
Ｈ３）。その結果、二次側回路に高電圧が発生し、該高
電圧が圧電素子５３に印加される。圧電素子５３は印加
された電圧値に比例して伸長する。従って、可変容積室
５５の容積は減少し、これに伴い内部圧力が上昇してパ
イロット噴射が開始される（Ｈ４）。ＥＣＵ７は、所定
の印加時間Ｔ１が経過したら、二次側トランジスタ６９
ヘターンオン信号を与え、二次側回路の電流は第３図に
矢印Ｉ２にて示す方向に流れる（Ｈ４）。従って、圧電
素子５３に蓄えられていた電荷が散逸し、これに対応し
て圧電素子５３は縮小する。この結果、可変容積室５５
の容積が増大し、その内部圧力が低下してパイロット噴
射が終了する（Ｈ５）。二次測定電流制御回路６９は、
当初は定電流制御を実行するが、立下がり時間Ｔ３経過
後は、定電流制御をやめて、二次側トランジスタ６６を
短絡状態とする。二次側電流圃が零となるまでの短絡時
間Ｔ２を経過すると、ＥＣＵ７は二次側トランジスタ６
９へターンオフ信号を与える（）１６）、その結果、二
次側トランジスタ６６はターンオフし、圧電素子５３は
、プランジャ２７の圧送動作により再び上昇した可変容
積室５５の内圧により圧縮力を受けてさらに縮小すると
共に、該圧縮力に対応する電圧を発生する（Ｈ７）。こ
こにおいて、燃料主唱ｑ１が実行される（８８〜Ｈ９）
。その後、スピルボート３７が開放されて可変容積室５
５内の圧力が低下すると、燃料主噴射が終了する（Ｈ９
）。なお、Ｈ７の時点で、第４図（ロ）に示す様に、連
通孔５６は遮断されるため、燃料主噴射実行中は圧電素
子電圧Ｖ　ＰＺＴは一定値となる。

ＥＣＵ７は、上記制御を繰り返し実行しており、本実施
例においては、一次側トランジスタロ２をターンオンし
た後再びこれをターンオフするまでの所定インタバルＴ
Ｄに基づいて繰り返し実行している。所定インタバルＴ
Ｏは、ディーゼルエンジン２の運転状態により変更され
、最適な燃料噴射を実現できる様に、各種検出器による
検出結果を参照して調節される。例えば、回転速度セン
サ７２、水温センサ７３の検出値からアイドル状態、高
速運転状態等を判断し、高速運転状態においては、所定
インタバルＴＯを短縮する等の調節が施される。

次に、本実施例の特撮である燃料噴射制御処理について
第５図のフローチャート及び第６図のタイミングチャー
トに基づいて説明する。

まず、時刻ＨＩＯにて一次側トランジスタロ２へ通電が
開始される。その後、時刻ｆＨ１にて圧電素子５３０発
生電圧が基準電圧値ＶＴＲに達すると、一次側電流を遮
断し、タイマをリセットし、警報をオフとし、経過時間
カウンタＴ　Ｃ０ＬＩＮＴによる計時を開始する（ステ
ップ２００）。この経過時間カウンタＴ　Ｃ０ＬＩＮＴ
に基づいて以下の各種判断が実行される。カウンタＴＣ
ＯυＮＴの値が所定インタバルＴＯに達するまではその
まま計時を続ける（ステップ２０１）。その後時刻Ｈ１
２にてカウンタＴＣＯＵＮＴの値が所定インタバルＴＯ
に達すると一次側電流の通電を開始する（ステップ２０
２）。

続いて、禁止制御のループに入り、カウンタＴＣＯｔＪ
ＮＴの計時が進んで禁止時間ＴＫＩＮＳＩに達したか否
かを判断する（ステップ２０３）。ここで、禁止時間Ｔ
ＫＩＮＳ＋は所定インタバルＴＤより大きな値であり、
当該燃料噴射サイクルにおいて所定インタバルＴＯ経過
後に可変容積室５５内の圧力が燃料噴射圧力に達する迄
の時間（第６図において８１３−　Ｈ１２）を加味した
値より大きな値に設定されている。ステップ２０３に進
んだ当初はＴＣＯＬＩＮＴ＜ＴにＩＮＳ＋であるため、
そのままステップ２０４に進み圧電素子５３から検出さ
れる圧電素子電圧Ｖ　ＰＺＴが基準電圧ｆｌｌｉＶＴ）
１以上になったか否かを判断する。正常状態においても
、時刻Ｈ１２と時刻Ｈ１３との間はＶＰＺＴ＜ＶＴＨで
あるから、ステップ２０３，２０４の処理を繰り返す。

時刻Ｈ１３にてＶＰＺＴ＝ＶＴ）ｌとなると、ステップ
２０４は肯定判断されてステップ２００へ戻り、再び次
の燃料噴射制御を実行する。一方、圧電素子５３に何ら
かの異常がある場合には、時刻Ｈ１４に至ってもＶＰＺ
Ｔ＝ＶＴＨとならず、圧電素子電圧Ｖ　ＰＺＴが基準電
圧値ＶＴ）Ｉに達しないまま禁止時間ＴＫＩＮｓｌが経
過する。この結果、時刻Ｉ（１５にてステップ２０３の
判断は否定判断となり、今度はステップ２０５へ進み一
次側回路への通電を停止する。即ち、一次側トランジス
タロ２をターンオフにする。その後、圧電素子５３に異
常がある旨警報する（ステップ２０６）。

以下、ステップ２０４が肯定判断となるまでは、禁止制
御のループ処理を繰り返し実行し、フライバック式高電
圧発生回路５の損傷を防止する。禁止制御ループを実行
中においても、異常が回復すると、圧電素子５３には圧
縮力に対応する電圧が発生し、時刻Ｈ１６に示す様にＶ
　ＰＺＴ≧ＶＴＨとなる。

今度は、ステップ２０４は肯定判断となり、禁止制御ル
ープを抜けてステップ２００へ戻る。なお、復帰直後は
一次側電流は流れていないためパイロット噴射は実行さ
れない。

ここで、連通孔５６が遮断されるタイミングによっては
、時刻Ｈ２０に示す様に、圧電素子電圧ＶＰＺＴが基準
電圧値ＶＴＩ（に達する場合があるが、もともと一次側
トランジスタロ２には通電されていないため、一次側電
流を遮断する信号が与えられたとしても二次側回路に高
電圧が発生することはなく、燃料噴射に対し、何ら影響
することはない。

なお、本実施例においては、所定インタバルＴＯの計時
を一次側トランジスタロ２の電流遮断時から開始する構
成としたが、計時の開始は、一次側トランジスタロ２へ
の通電開始時からとしてもよい。

以上説明した様に本実施例によれば、圧電素子電圧Ｖ　
ＰＺＴが基準電圧値ＶＴＨに達しない状態が所定以上続
いた場合には、圧電素子５３の異常等であると判断して
、圧電素子電圧ＶＰＺＴに基づくパイロット噴射制御を
行わない様に制御することから、フライバック式高電圧
発生回路５が損傷するのを防止できる。従って、二次側
回路に発生する電圧を十分に高くするためにフライバッ
ク式高電圧発生回路５の二次側に予め通電する電流を大
きくしておいても何ら問題がない。従って、圧電素子５
３の伸縮量を容易に５１侃することができる。

この結果、電歪式アクチュエータ４の伸縮量を十分に大
きくとることができ、可変容積室５５内の圧力を大きく
変化させることができることから、極めて効果の高いパ
イロット噴射を実現できる。

また、パイロット噴射制御及びフライバック式高電圧発
生回路５の損傷防止のための制御は、共に圧電素子５３
の圧電素子電圧Ｖ　ＰＺＴに基づいて実行するため、極
めて的確かつ簡便に各種制御を実行できると共に、圧電
素子５３自体の異常ではなく、例えば、信号線５４の断
線・接触不良等の場合にもフライバック式高電圧発生回
路５の損傷を防止できる。かかる損傷が発生するのは、
フライバック式高電圧発生回路５への一次電流の遮断が
実行されない場合であり、これに対して本実施例の電歪
式アクチュエータ駆動装置はこの一次電流遮断の指示自
体が異常な場合、この異常に基づいて判断する構成とし
たから、かかる効果が得られるのである。

さらに、圧電素子５３の異常時には、通電を停止して警
報を発した後も（ステップ２０５→ステツプ２０６）、
再びステップ２０４にて圧電素子が異常から回復して圧
電素子電圧ＶＰＺＴが再び基準電圧値ＶＴＩ（となった
か否かを判断してステップ２０３以下のループ処理を繰
り返す構成としたから、異常からの回復時に速やかに通
常のパイロット噴射制御に復帰できる。なお、本実施例
においては、一次側トランジスタロ２をターンオフした
後、所定インタバルＴＯ経過するまでは一次電流は与え
られないから、その間に圧電素子電圧ＶＰｚＴが基準電
圧値ＶＴＨに達したとしても電歪式アクチュエータ４の
誤作動はなく、また、無駄な通電を行わないから消費電
力を節約できる。

以上本発明の一実施例について説明したが、本発明はこ
のような実施例に何ら限定されるものではなく、例えば
、周期的に運動する機械の振動力減衰装置等、電歪式ア
クチュエータの性質を利用する種々の装置に適用するこ
とが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にお
いて種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

λ更の吃］ 以上説明した様に本発明の装置によれば、電歪式アクチ
ュエータの異常等により、一次電流遮断手段が所定時間
を越えて作動しない場合は、フライバック式高電圧発生
手段への通電を停止するから、過剰な通電による損傷を
防止できる。従って、電歪式アクチュエータによる好適
な制御に必要な十分な高電圧を発生させておくために、
フライバック式高電圧発生手段に予め通電する電流を高
くしておいても何ら問題がない。その結果、電歪式アク
チュエータの伸縮量を十分にとることができ、好適な制
御が可能となった。また、一次電流遮断手段の作動状態
に基づき判断することから、電歪式アクチュエータ自体
の異常に限らず、信号線の断線等により正常な制御が行
われない場合にも、フライバック式高電圧発生手段の損
傷を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を例示する基本的構成図、第２図
は本発明一実施例のシステム構成図、第３図はその高電
圧発生回路の構成を表す回路図、第４図（イ）は回路の
駆動状態とパイロット噴射との関係を表すタイミングチ
ャート、第４図（ロ）は燃料主噴射中の連通路遮断状態
の説明図、第５図は実施例の燃料噴射制御処理の手順を
表すフローチャート、第６図は電歪式アクチュエータの
正常時・異常時・異常回復時と移行する制御状態を例示
するタイミングチャートである。 Ｍｌ・・・電歪式アクチュエータ Ｍ２・・・電圧検出手段 Ｍ３・・・フライバック式高電圧発生手段Ｍ４・・・一
次電流遮断手段 Ｍ５・・・通電制御手段 １・・・ディーゼルエンジンの燃料噴射制御ｎ装置２・
・・ディーゼルエンジン ３・・・燃料噴躬ボンブ ４・・・電歪式アクチュエータ ５・・・フライバック式高電圧発生回路７・・・電子制
御′Ｉ５装置（ＥＣＵ）５３・・・圧電素子　５４・・
・信号線６０・・・バラチリ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 繰り返し圧力が高まる流路に臨んで設けられた電歪式ア
   クチュエータと、 前記流路の圧力を受けて前記電盃式アクチュエータに発
   生する電圧を検出する電圧検出手段と、一次電流の遮断
   によりニ次側回路に高電圧を発生する昇圧部を備え、該
   二次側回路に前記電歪式アクチュエータを接続したフラ
   イバック式高電圧発生手段と、 前記電圧検出手段により検出された電圧が所定値以上と
   なったとき、前記フライバック式高電圧発生手段の前記
   一次電流を遮断して前記電歪式アクチュエータに高電圧
   を付与する一次電流遮断手段と を備えた電歪式アクチュエータ駆動装置において、 前記一次電流遮断手段が所定時間を越えて作動しない場
   合には、前記フライバック式高電圧発生手段への通電を
   停止する通電停止手段を備えることを特徴とする電歪式
   アクチュエータ駆動装置。