Piezoaktor-Ansteuerschaltung zur Aufladung und Entladung eines Piezoaktors

专利摘要:
Eine Piezoaktor-Ansteuerschaltung umfasst eine erste Stromeinstelleinrichtung (4a) zur Einstellung eines Aufladungsstroms, der in einen Piezoaktor (2) über einen einen Kondensator (12) über eine Induktionsspule (301) mit dem Piezoaktor (2) verbindenden ersten Stromkreis (31) hineinfließt, eine zweite Stromeinstelleinrichtung (4b) zur Einstellung eines Entladungsstroms, der aus dem Piezoaktor (2) über einen die Induktionsspule (301) mit dem Piezoaktor (2) verbindenden zweiten Stromkreis (32) herausfließt, eine Leistungsmesseinrichtung (5) zur Ermittlung der Ansteuerleistung des Piezoaktors (2), eine Sollwert-Einstelleinrichtung (6a, 6b) zur Abgabe eines Sollwertes, der vorher als geeignete Sollleistung zur Ansteuerung des Piezoaktors (2) eingestellt wird, sowie eine Aufladungs-/Entladungs-Regeleinrichtung (7) zur Regelung der ersten Stromeinstelleinrichtung (4a) und der zweiten Stromeinstelleinrichtung (4b), dahingehend, dass der jeweilige Messwert der Ansteuerleistung des Piezoaktors (2) zur Erzielung gleichförmiger Aufladungs- und Entladungsvorgänge des Piezoaktors (2) auf den Sollwert eingeregelt wird.
公开号:DE102004030249A1
申请号:DE200410030249
申请日:2004-06-23
公开日:2005-01-20
发明作者:Yasuhiro Nishio Fukagawa；Yasuyuki Nishio Sakakibara；Eiji Kariya Takemoto
申请人:Denso Corp；Soken Inc；
IPC主号:F02M51-00

专利说明:
[0001] DieErfindung bezieht sich auf eine Piezoaktor-Ansteuerschaltung sowie auf ein Piezoaktor-Ansteuerverfahrenzur Aufladung und Entladung eines piezoelektrischen Stellgliedesbzw. Piezoaktors, bei dem der bei Blei-Zirkonat-Titanat-Keramik(PZT) oder einem anderen piezoelektrischen Material auftretendepiezoelektrische Effekt ausgenutzt wird. Ein solcher Piezoaktorfindet z.B. bei einem Kraftstoffinjektor einer BrennkraftmaschineVerwendung, d.h., in einem solchen Fall dient der Piezoaktor alsEinrichtung zur jeweiligen Umschaltung des Kraftstoffinjektors zwischeneinem Kraftstoffeinspritzzustand und einem Zustand, bei dem dieKraftstoffeinspritzung unterbrochen bzw. beendet ist. Hierbei besitztder Piezoaktor im wesentlichen einen Kondensatoraufbau aus Schichtenmit piezoelektrischen Eigenschaften, die jeweils aus einem piezoelektrischenMaterial und Elektrodenschichten bestehen und abwechselnd in Formeiner Schichtanordnung bzw. eines Laminats übereinander geschichtet sind.Bei der Aufladung eines Piezoaktors erfolgt eine Expansion, während bei derEntladung eines Piezoaktors eine Kontraktion erfolgt, sodass einPiezoaktor einen Aktor (ein Stellglied) darstellt, über dennur bei seiner Expansion oder Kontraktion ein elektrischer Stromfließt.
[0002] EinePiezoaktor-Ansteuerschaltung stellt eine Schaltungsanordnung dar,die durch Aufladung und Entladung des Piezoaktors eine Umschaltung desBetriebszustands des Piezoaktors von einem Expansionszustand ineinen Kontraktionszustand und umgekehrt herbeiführt. Üblicherweise umfasst eine Piezoaktor-Ansteuerschaltungeine Stromversorgungseinrichtung, eine Stromeinstellschaltung und eineAufladungs-/Entladungs-Regelschaltung.Die Stromeinstellschaltung stellt eine Schaltungsanordnung dar,die den in den Piezoaktor in seiner Eigenschaft als elektrischesLadungsaufnahmeelement hineinfließenden elektrischen Strom undden aus dem Piezoaktor in seiner Eigenschaft als elektrisches Ladungsabgabeelementherausfließendenelektrischen Strom steuert. Die Aufladungs-/Entladungs-Regelschaltungdient zur Steuerung der Stromeinstellschaltung bei der Ansteuerungdes Piezoaktors.
[0003] DieAnsteuerspannung des Piezoaktors muss ausreichend hoch bemessensein, um das für dieExpansion des Piezoaktors erforderliche elektrische Feld erzeugenzu können.Bei einer üblichenPiezoaktor-Ansteuerschaltung findet daher ein Gleichspannungswandlerzur Anhebung einer üblichenBatteriespannung von 12 V auf eine Hochspannung von zumindest 150V Verwendung, die zur Ansteuerung des Piezoaktors erforderlich ist.Die von dem Gleichspannungswandler erzeugte Hochspannung wird sodanneinem Kondensator zu dessen Aufladung zugeführt, der dann als Stromversorgungseinrichtung bzw.Spannungsquelle fürden Piezoaktor dient. Außerdemumfasst die Piezoaktor-Ansteuerschaltung einenersten Stromkreis, einen zweiten Stromkreis, einen Ladeschalterund einen Entladeschalter. Der erste Stromkreis verbindet den Kondensator über eineInduktivitätbzw. Induktionsspule mit dem Piezoaktor, während der zweite Stromkreisdie Induktionsspule mit dem Piezoaktor unter Umgehung des Kondensatorsverbindet. Der Ladeschalter dient zum Einschalten und Abschaltendes überden ersten Stromkreis fließendenelektrischen Stroms, währendder Entladeschalter zum Einschalten und Abschalten des über denzweiten Stromkreis fließendenelektrischen Stroms dient. Bei einem Ansteuervorgang zur Aufladungdes Piezoaktors wird der Ladeschalter wiederholt eingeschaltet undabgeschaltet. Währendeiner Einschaltzeit des Ladeschalters fließt ein allmählich auf einen Spitzenwertansteigender Ladestrom über denersten Stromkreis, währendbei einer Abschaltzeit des Ladeschalters der dann in Bezug auf den Spitzenwertallmählichabnehmende Ladestrom über denzweiten Stromkreis geführtwird. Bei einem Ansteuervorgang zur Entladung des Piezoaktors wird dagegender Entladeschalter wiederholt eingeschaltet und abgeschaltet. Während einerEinschaltzeit des Entladeschalters fließt ein allmählich auf einen Spitzenwertansteigender Entladestrom überden zweiten Stromkreis, währendbei einer Abschaltzeit des Entladeschalters der dann in Bezug aufden Spitzenwert allmählichabnehmende Entladestrom über denersten Stromkreis geführtwird.
[0004] Im übrigen istbereits ein Keramikkondensator mit einem ähnlichen Aufbau wie eine Piezoelement-Schichtanordnung(Piezostapel) und jeweiligen Schichten mit einer Dicke von nur einigenMikrometern in der Praxis als Kondensator verwendet worden, wobeiauch Fortschritte in Bezug auf die Herstellung eines solchen Piezostapelsin Form einer Dünnschichtanordnungerzielt worden sind, sodass nun auch eine Niederspannungs-Ansteuerungin Betracht gezogen werden kann. Allerdings ist die Batterie einesKraftfahrzeugs einer zunehmenden Belastung durch den von einer immergrößer werdendenAnzahl von elektronischen Gerätenim Kraftfahrzeug verursachten hohen Stromverbrauch ausgesetzt, sodass eineAnhebung der Batteriespannung zur Verringerung von Verlusten ebenfallsin Betracht gezogen wird. Darüberhinaus findet bei einem Hybrid-Kraftfahrzeug bereits ein Hochspannungs-Batteriesystem Verwendung,sodass auch ein Schaltungsaufbau der Ansteuerschaltung ohne Verwendungeines Gleichspannungswandlers möglicherscheint.
[0005] Ausder JP-A 2002-101 673 ist in diesem Zusammenhang eine Piezoaktor-Ansteuerschaltung bekannt,bei der anstelle der Verwendung eines Gleichspannungswandlers einTransformator zwischen eine Batterie und einen Piezoaktor geschaltet ist,sodass eine von dem Transformator erzeugte hohe Ansteuerspannungdem Piezoaktor zugeführt werdenkann. Die Schaltungsanordnung umfasst außerdem einen Ladeschalter,der in einem die Batterie mit der Primärwicklung des Transformatorsverbindenden Stromkreis angeordnet ist, sowie einen Entladeschalter,der in einem den Piezoaktor mit der Sekundärwicklung des Transformatorsverbindenden Stromkreis angeordnet ist. Bei einem Aufladungsvorgangdes Piezoaktors wird der Ladeschalter zur Zuführung eines elektrischen Stromsvon der Batterie zu der Primärwicklungeingeschaltet und sodann abgeschaltet, um der Sekundärwicklungeinen Rücklaufstromzuzuführen.Bei einem Entladungsvorgang des Piezoaktors wird dagegen der Entladeschalter zurZuführungeines elektrischen Stroms vom Piezoaktor zu der Sekundärwicklungeingeschaltet und sodann abgeschaltet, um der Primärwicklungeinen Rücklaufstromzuzuführen.Durch wiederholtes Einschalten und Abschalten des Ladeschalterskann der Aufladungs-Ansteuervorgang des Piezoaktors beschleunigtwerden, währenddurch wiederholtes Einschalten und Abschalten des Entladeschaltersder Entladungs-Ansteuervorgang des Piezoaktors beschleunigt werdenkann.
[0006] Hierbeiverändernsich jedoch die von dem Kondensator und der Batterie abgegebenenSpannungen, d.h., es treten Änderungender von der Spannungsversorgungseinrichtung abgegebenen Spannungund/oder der Kapazitätdes Piezoaktors auf, sodass die Aufladungs- und Entladungsvorgänge nichtgleichförmigverlaufen. So treten z.B. zeitliche Streuungen bei der Zeitdauerauf, die zum Erreichen einer vorgegebenen elektrischen Ladungsmengebei einem Aufladungsvorgang erforderlich ist, sodass die Expansions-und Kontraktionsvorgängedes Piezoaktors ungleichmäßig verlaufenund hierdurch z.B. ungleichmäßige Expansions-und Kontraktionsgeschwindigkeiten erhalten werden. Wenn der Piezoaktorin Verbindung mit einem Kraftstoffinjektor Verwendung findet, bestehtsomit die Gefahr, dass sich die Dosierungsgenauigkeit der eingespritztenKraftstoffmenge sowie die Steuerung des Einspritzzeitpunktes verschlechtern,was insbesondere bei Mehrfach-Einspritzvorgängen mitintermittierender Einspritzung einer jeweiligen kleinen Einspritzmengeein Problem darstellt.
[0007] DerErfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Piezoaktor-Ansteuerschaltunganzugeben, mit deren Hilfe gleichförmige Aufladungs- und Entladungsvorgänge zurgleichmäßigen Ansteuerungeines Piezoaktors und die Beendigung von Aufladungs- und Entladungsvorgängen invorgegebenen Zeiten erzielbar sind.
[0008] DieseAufgabe wird mit den in den Patentansprüchen angegebenen Mitteln gelöst.
[0009] Dieerfindungsgemäße Piezoaktor-Ansteuerschaltungzur Aufladung und Entladung eines Piezoaktors umfasst eine elektrischeLastmesseinrichtung sowie eine Sollwert-Einstelleinrichtung. Die elektrischeLastmesseinrichtung dient zur Ermittlung der elektrischen Last desPiezoaktors bei jeweiligen Zeitpunkten während einer Ansteuerperiodedes Piezoaktors, bei der eine Aufladung oder Entladung des Piezoaktorserfolgt. Die Sollwert-Einstelleinrichtung dient zur Einstellungeines Sollwertes der elektrischen Last des Piezoaktors für jedendieser Zeitpunkte währendder Ansteuerperiode des Piezoaktors. Ein Messwert der elektrischenLast des Piezoaktors wird dann bei jedem der Zeitpunkte in der Ansteuerperiodedes Piezoaktors auf den Sollwert der elektrischen Last des Piezoaktorseingeregelt.
[0010] Alternativumfasst ein Piezoaktor-Ansteuerverfahren zur Aufladung und Entladungeines Piezoaktors einen Mess- bzw. Ermittlungsschritt, einen Einstellschrittsowie einen Regelschritt. Bei dem Mess- bzw. Ermittlungsschrittwird die elektrische Last eines Piezoaktors bei jeweiligen Zeitpunkten während einerAnsteuerperiode des Piezoaktors ermittelt, bei der eine Aufladungoder Entladung des Piezoaktors erfolgt. Bei dem Einstellschrittwird ein Sollwert der elektrischen Last des Piezoaktors für jedender Zeitpunkte in der Ansteuerperiode des Piezoaktors eingestellt,währendbei dem Regelschritt ein Messwert der elektrischen Last des Piezoaktorsauf den Sollwert der elektrischen Last des Piezoaktors bei jedemder Zeitpunkte in der Ansteuerperiode des Piezoaktors eingeregeltwird.
[0011] Hierbeikann als elektrische Last die Ansteuerleistung des Piezoaktors,der in den Piezoaktor fließendeAnsteuerstrom bzw. Treiberstrom, die Spannung zwischen den Anschlüssen desPiezoaktors oder die Ansteuerenergie in Betracht gezogen werden.Die Ansteuerenergie wird dann durch Integration der Ansteuerleistungdes Piezoaktors überdie seit dem Beginn einer Ansteuerperiode des Piezoaktors vergangeneZeit berechnet.
[0012] Dadie Ansteuerleistung bei der Ansteuerung des Piezoaktors bei jedemZeitpunkt der Ansteuerperiode auf einem angenommenen bzw. vorgegebenen Ansteuerleistungs-Sollwertgehalten wird, werden unabhängigvon Schwankungen der von der Strom- bzw. Spannungsversorgungseinrichtungabgegebenen Spannung und Änderungender Kapazitätdes Piezoaktors gleichmäßige Aufladungs-und Entladungsvorgängeerhalten. Außerdemwird eine Soll-Energiemenge nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauerdem Piezoaktor zugeführtoder vom Piezoaktor wiedergewonnen. Auf diese Weise lässt sich einungleichmäßiges Verhaltendes Piezoaktors weitgehend unterbinden. Anstelle einer Messung und Regelungder Ansteuerleistung bei der Ansteuerung des Piezoaktors kann einegleichförmigeAnsteuerung des Piezoaktors auch durch Messung und Regelung desAnsteuerstroms, der zwischen seinen Anschlüssen auftretenden Spannungoder der Ansteuerenergie erfolgen.
[0013] DieErfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahmeauf die Zeichnungen näherbeschrieben. Es zeigen:
[0014] 1 ein Schaltbild einer Piezoaktor-Ansteuerschaltunggemäß einemersten Ausführungsbeispielder Erfindung,
[0015] 2 den Verlauf von jeweiligenSteuervorgängenbei der Piezoaktor-Ansteuerschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
[0016] 3 eine grafische Darstellungvon zeitabhängigen Änderungender Dehnung eines Piezoaktors,
[0017] 4 ein Schaltbild einer Piezoaktor-Ansteuerschaltunggemäß einemzweiten Ausführungsbeispielder Erfindung,
[0018] 5 den Verlauf von jeweiligenSteuervorgängenbei der Piezoaktor-Ansteuerschaltung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
[0019] 6 ein Schaltbild einer Piezoaktor-Ansteuerschaltunggemäß einemdritten Ausführungsbeispielder Erfindung,
[0020] 7 den Verlauf von jeweiligenSteuervorgängenbei der Piezoaktor-Ansteuerschaltung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,und
[0021] 8 ein Schaltbild einer Piezoaktor-Ansteuerschaltunggemäß einemvierten Ausführungsbeispielder Erfindung.
[0022] Gemäß 1 ist ein von einer Piezoaktor-Ansteuerschaltungangesteuerter Piezoaktor 2 z.B. in einem Injektor zur Kraftstoffeinspritzungeiner Brennkraftmaschine angeordnet. Wenn jedem Zylinder der Brennkraftmaschineein solcher Injektor zugeordnet ist, ist eine der Anzahl der Zylinderentsprechende Anzahl von Piezoaktoren 2 in Parallelschaltungvorgesehen, wobei mit jedem Piezoaktor 2 ein Zylinder-Wählschalterauf der Basis 1 : 1 in Reihe geschaltet ist. Wenn hierbei Kraftstoffin einen bestimmten Zylinder einzuspritzen ist, wird der mit demdiesem Zylinder zugeordneten spezifischen Piezoaktor 2 verbundeneZylinder-Wählschalterzur selektiven Ansteuerung nur dieses spezifischen Piezoaktors 2 eingeschaltet.Der Piezoaktor-Ansteuerschaltung wirdvon einer elektrischen Steuereinheit ECU 9 ein Ansteuersignalzugeführt,das den Startzeitpunkt eines Vorgangs zur Aufladung und Entladungdes Piezoaktors 2 vorgibt, d.h., das Ansteuersignal legtdie Ventil-Schließzeitenund Ventil-Öffnungszeiteneines Injektors der Brennkraftmaschine fest. Hierbei bestimmt diejeweilige Dauer der Ansteuersignale die Länge der Ventil-Schließperiodenund Ventil-Öffnungsperioden.Die elektronische Steuereinheit ECU 9 weist einen Mikrocomputerauf und gibt die Ansteuersignale und andere Signale auf der Basisvon Messsignalen ab, die ihr von z.B. den Betriebszustand von Bauelementender Brennkraftmaschine erfassenden Sensoren zugeführt werden.
[0023] EineStrom- bzw. Spannungsversorgungseinrichtung 1 umfasst eineim Kraftfahrzeug angeordnete Batterie 11 sowie einen denAnschlüssender Batterie 11 parallel geschalteten Kondensator 12. DieseSpannungsversorgungseinrichtung 1 erzeugt eine Spannungzur Aufladung des Piezoaktors 2. Für die Batterie 11 kannz.B. ein Batteriesystem mit einer Ausgangsspannung von 42 V verwendetwerden. Der Kondensator 12 weist vorzugsweise eine ausreichendeelektrostatische Kapazitätauf.
[0024] DieStromversorgungseinrichtung 1 ist mit dem Piezoaktor 2 über einenersten Stromkreis 31 mit einer Induktionsspule (Induktivität) 301 verbunden,d.h., der erste Stromkreis 31 verbindet einen positivenAnschluss der Stromversorgungseinrichtung 1 und des Kondensators 12 über dieInduktionsspule 301 mit dem positiven Anschluss des Piezoaktors 2. Dererste Stromkreis 31 umfasst außerdem ein mit der Induktionsspule 301 inReihe geschaltetes erstes Schaltelement 4a in Form einesMOS-Feldeffekttransistors (MOSFET), das zwischen der Stromversorgungseinrichtung 1 undder Induktionsspule 301 angeordnet ist. Eine parasitäre Diode(eine erste parasitäreDiode) 41a des ersten Schaltelements 4a ist derartgeschaltet, dass die zwischen den Anschlüssen des Kondensators 12 auftretendeSpannung (Kondensatorspannung) der parasitären Diode 41a alsSperr-Vorspannungin der der Durchlassrichtung der parasitären Diode 41a entgegengesetztenRichtung zugeführtwird.
[0025] Außerdem istdie Induktionsspule 301 zwischen den Piezoaktor 2 undeinen zweiten Stromkreis 32 geschaltet, der ein zweitesSchaltelement 4b aufweist, das mit einem Verbindungspunktzwischen der Induktionsspule 301 und dem ersten Schaltelement 4a gekoppeltist, d.h., der zweite Stromkreis 32 verbindet den positivenAnschluss des Piezoaktors 2 über die Induktionsspule 301 mitMasse. Hierbei umgeht der zweite Stromkreis 32 die Stromversorgungseinrichtung 1 undbildet in Verbindung mit der Induktionsspule 301, dem Piezoaktor 2 unddem zweiten Schaltelement 4b einen geschlossenen Stromkreis. Daszweite Schaltelement 4b besteht ebenfalls aus einem MOS-Feldeffekttransistor(MOSFET). Eine parasitäreDiode (eine zweite parasitäreDiode) 41b des zweiten Schaltelements 4b ist derartgeschaltet, das die Kondensatorspannung des Kondensators 12 der parasitären Diode 41b alsSperr-Vorspannungin der der Durchlassrichtung der parasitären Diode 41b entgegengesetztenRichtung zugeführtwird.
[0026] DerGate-Elektrode des ersten Schaltelements 4a wird von einerersten Treiberschaltung 8a ein Steuersignal zugeführt, während derGate-Elektrode des zweiten Schaltelements 4b von einerzweiten Treiberschaltung 8b ein Steuersignal zugeführt wird.Durch diese Steuersignale werden das erste Schaltelement 4a unddas zweite Schaltelement 4b jeweils durchgeschaltet undgesperrt, um den Betrag des in den Piezoaktor 2 in seinerEigenschaft als Ladungsaufnahmeelement hineinfließenden elektrischenStroms (Piezoaktorstroms) sowie den Betrag des aus dem Piezoaktor 2 inseiner Eigenschaft als Ladungsabgabeelement herausfließenden elektrischenStroms (Piezoaktorstroms) einzustellen. Das erste Schaltelement(Ladeschalter) 4a dient hierbei zur Steuerung des in denPiezoaktor 2 hineinfließenden Ladestroms, während daszweite Schaltelement (Entladeschalter) 4b zur Steuerungdes aus dem Piezoaktor 2 herausfließenden Entladestroms dient. Hierbeidient der Piezoaktorstrom als Treiberstrom zur Ansteuerung des Piezoaktors 2,d.h., zur Aufladung oder Entladung des Piezoaktors 2.
[0027] DerPiezoaktor 2 liegt übereinen Strommesswiderstand 51 mit einem vorgegebenen Widerstandswertvon z.B. 0,01 Ω anMasse. Der Betrag des Piezoaktorstroms kann hierbei durch Überwachung derSpannung gemessen werden, die zwischen den Anschlüssen desStrommesswiderstands 51 auftritt (Strommesswiderstandsspannung).Bei dieser Schaltungsanordnung liegt ein Anschluss des Strommesswiderstands 51 anMasse, sodass die Strommesswiderstandsspannung erhalten werden kann, indemdie Spannung an einem Punkt zwischen dem Strommesswiderstand 51 unddem Piezoaktor 2 gemessen wird.
[0028] Diezwischen den Anschlüssendes Piezoaktors 2 auftretende Spannung (piezoelektrischeSpannung) wird übereinen Pufferverstärker 52 zusammen mitder Strommesswiderstandsspannung einer Multiplizierschaltung 53 zugeführt. DieStrommesswiderstandsspannung stellt somit ein Messsignal dar, das denpiezoelektrischen Strom repräsentiert.Die Multiplizierschaltung 53 bildet in Verbindung mit demPufferverstärker 52 unddem Strommesswiderstand 51 eine Leistungsmesseinrichtung 5.Hierbei berechnet die Multiplizierschaltung 53 ein Produktdurch Multiplikation der Piezoaktorspannung mit dem piezoelektrischenStrom und gibt eine diesem Produkt proportionale Spannung (ein Leistungsmesssignal)ab, das die Ansteuerleistung des Piezoaktors 2 angibt.So entspricht z.B. ein Leistungsmesssignal von 1 V einer Ansteuerleistungvon 100 W. Der Pufferverstärker 52 dienthierbei als hochohmiges Bauelement zur Zuführung der Piezoaktorspannung.
[0029] Voneiner als Aufladungs-/Entladungs-Regelschaltung dienenden Schalter-Steuerschaltung 7 wirddieses Leistungsmesssignal zur Steuerung des ersten Schaltelements 4a unddes zweiten Schaltelements 4b verwendet. Die Schalter-Steuerschaltung 7 weisthierbei einen Schaltungsabschnitt zur Steuerung des ersten Schaltelements 4a sowieeinen Schaltungsabschnitt zur Steuerung des zweiten Schaltelements 4b auf.Der Schaltungsabschnitt zur Steuerung des ersten Schaltelements 4a umfassteinen ersten Vergleicher 71a (Vergleichseinrichtung), Widerstände 72a und 73a,ein erstes UND-Glied 74a sowie eine erste monostabile Kippstufe 75a,währendder Schaltungsabschnitt zur Steuerung des zweiten Schaltelements 4b einenInverter 70b, einen zweiten Vergleicher 71b, Widerstände 72b und 73b, einzweites UND-Glied 74b, eine zweite monostabile Kippstufe 75b sowieeinen Inverter 76b aufweist.
[0030] Nachstehendwird zunächstder Schaltungsabschnitt zur Steuerung des ersten Schaltelements 4a näher beschrieben.Das Leistungsmesssignal wird von der Leistungsmesseinrichtung 5 einemnegativen Eingang des ersten Vergleichers 71a zugeführt. Einvon einer ersten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a abgegebenesBezugsspannungssignal wird einem positiven Eingang des ersten Vergleichers 71a über einenersten Eingangswiderstand 72a zugeführt. Mit Hilfe der ersten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a kannein von ihr abgegebenes Bezugsspannungssignal verändert werden, wobeidie erste Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a ein vonder elektronischen Steuereinheit ECU 9 eingestelltes Bezugsspannungssignalerzeugt und dieses Bezugsspannungssignal abgibt. Die dem positivenEingang des ersten Vergleichers 71a zugeführte Eingangsspannungweist eine von dem ersten Eingangswiderstand 72a und demersten Rückkopplungswiderstand 73a bewirkteHysteresecharakteristik auf. Der erste Rückkopplungswiderstand 73a ist hierbeizwischen den positiven Eingang und den Ausgang des ersten Vergleichers 71a geschaltet.Wenn der Betrag des Leistungsmesssignals ausreichend gering ist,gibt der erste Vergleicher 71a eine Spannung mit dem Pegel "1" ab. Überschreitet der Betrag desLeistungsmesssignals eine Summe (Bezugsspannung + Hystereseanteil),gibt der erste Vergleicher 71a eine Spannung mit dem Pegel "0" ab, wobei die dem positiven Eingangdes ersten Vergleichers 71a zugeführte Eingangsspannung entsprechendauf eine Spannung abfällt,die gleich einer Differenz (Bezugsspannung – Hystereseanteil) ist. Wenndagegen der Betrag des Leistungsmesssignals kleiner als die Differenz(Bezugsspannung – Hystereseanteil)wird, gibt der erste Vergleicher 71a eine Spannung mit demPegel "1" ab, wobei die dempositiven Eingang des ersten Vergleichers 71a zugeführte Eingangsspannungentsprechend auf eine Spannung ansteigt, die gleich der Summe (Bezugsspannung+ Hystereseanteil) ist. Hierbei wird die Differenz (Bezugsspannung – Hystereseanteil)als kleinerer Schwellenwert verwendet, während die Summe (Bezugsspannung+ Hystereseanteil) als größerer SchwellenwertVerwendung findet.
[0031] Dievon dem ersten Vergleicher 71a abgegebene Spannung wirddem ersten UND-Glied 74a zur Erzeugung eines Eingangssignalsfür dieerste Treiberschaltung 8a des ersten Schaltelements 4a zugeführt. Wenndas von dem ersten UND-Glied 74a erzeugte Signal auf denPegel "1" übergeht, schaltet die ersteTreiberschaltung 8a das erste Schaltelement 4a durch.Außerdem von dem ersten Vergleicher 71a erzeugten Signal wirddem ersten UND-Glied 74a auch das von der ersten monostabilenKippstufe 75a abgegebene Signal zugeführt. Bei ihrer Triggerung durchein von der elektronischen Steuereinheit ECU 9 abgegebenesAnsteuersignal erzeugt die erste monostabile Kippstufe 75a beider Anstiegsflanke des Ansteuersignals ein Impulssignal mit einerfesten Dauer von 150 Mikrosekunden. Somit wird das erste Schaltelement 4a während einer beider Anstiegsflanke des auf den Pegel "1" übergehendenAnsteuersignals beginnenden festen Zeitdauer von 150 Mikrosekundenin Abhängigkeitvon dem Wert bzw. Betrag des von der Multiplizierschaltung 53 erzeugtenLeistungsmesssignals durchgeschaltet und gesperrt. Wenn die erstemonostabile Kippstufe 72a dieses Impulssignal nicht abgibt,verbleibt das erste Schaltelement 4a im abgeschalteten Zustandbzw. Sperrzustand, d.h., das Impulssignal bestimmt die Dauer einerAufladungsansteuerperiode des Piezoaktors 2.
[0032] DerSchaltungsabschnitt zur Steuerung des zweiten Schaltelements 4b besitztim Prinzip einen ähnlichenAufbau wie der Schaltungsabschnitt zur Steuerung des ersten Schaltelements 4a.Bei einem Entladungsvorgang des Piezoaktors 2 dient derPiezoaktor 2 als elektrisches Ladungsabgabeelement, beidem ein piezoelektrischer Strom in der Gegenrichtung zur Aufladungdes Piezoaktors 2 fließt.In diesem Fall weist das Leistungsmesssignal somit einen negativenWert auf. Demzufolge invertiert der Inverter 70b die Polarität des Leistungsmesssignals, bevordas Leistungsmesssignal dem negativen Eingang des zweiten Vergleichers(der zweiten Vergleichseinrichtung) 71b zugeführt wird.Ein von einer zweiten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6b abgegebenesBezugsspannungssignal wird dem positiven Eingang des zweiten Vergleichers 71b über einenzweiten Eingangswiderstand 72b zugeführt. Die zweite Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6b erzeugtein von der elektronischen Steuereinheit ECU 9 eingestelltes Bezugsspannungssignalund gibt dieses Bezugsspannungssignal ab. Der zweite Vergleicher 71b gibteine Spannung mit dem Pegel "1" ab, bis der Wertbzw. Betrag des Leistungsmesssignals eine Summe (Bezugsspannung+ Hystereseanteil) übersteigt.Wenn der Betrag des Leistungsmesssignals diese Summe (Bezugsspannung+ Hystereseanteil) überschreitet,gibt der zweite Vergleicher 71b eine Spannung mit dem Pegel "0" ab, wobei die dem positiven Eingangdes zweiten Vergleichers 71b zugeführte Eingangsspannung entsprechend aufeine Spannung abfällt,die gleich einer Differenz (Bezugsspannung – Hystereseanteil) ist. Wenndagegen der Wert bzw. Betrag des Leistungsmesssignals kleiner alsdie Differenz (Bezugsspannung – Hystereseanteil)wird, gibt der zweite Vergleicher 71b eine Spannung mitdem Pegel "1" ab, sodass die dempositiven Eingang des zweiten Vergleichers 71b zugeführte Eingangsspannungentsprechend auf eine Spannung abfällt, die gleich der Summe (Bezugsspannung+ Hystereseanteil) ist.
[0033] Dasvon dem zweiten Vergleicher 71b abgegebene logische Signalwird dem zweiten UND-Glied 74b zur Erzeugung eines Eingangssignalsfür die zweiteTreiberschaltung 8b des zweiten Schaltelements 4b zugeführt. Wenndas von dem zweiten UND-Glied 74b erzeugte logische Signalauf den Pegel "1" übergeht, schaltet die zweiteTreiberschaltung 8b das zweite Schaltelement 4b durch.Die zweite monostabile Kippstufe 75b erzeugt bei ihrerSteuerung durch das von der elektronischen Steuereinheit ECU 9 abgegebeneund überden Inverter 76b zugeführteAnsteuersignal bei der abfallenden Flanke des Ansteuersignals bzw.bei der Anstiegsflanke des von dem Inverter 76b abgegebenenSignals ein Impulssignal mit einer festen Dauer von z.B. 150 Mikrosekunden.Somit wird das zweite Schaltelement 4b während einerbei der abfallenden Flanke des auf den Pegel "0" übergehenden Ansteuersignalsbeginnenden festen Zeitdauer von 150 Mikrosekunden in Abhängigkeitvon dem Betrag bzw. Wert des Leistungsmesssignals durchgeschaltetund gesperrt, d.h., das Impulssignal bestimmt die Dauer der Entladungsansteuerperiodedes Piezoaktors 2.
[0034] Inder linken Hälftevon 2 ist der zeitliche Verlaufvon Steuersignalen und Steuervorgängen während des Expansions- oderAufladungsvorgangs des Piezoaktors 2 veranschaulicht, während inder rechten Hälftevon 2 der zeitlicheVerlauf von Steuersignalen und Steuervorgängen während des Kontraktions- oderEntladungsvorgangs des Piezoaktors 2 veranschaulicht ist.Bei der nachstehenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dassdie von der elektronischen Steuereinheit ECU 9 in der erstenBezugsspannungs-Generatorschaltung 6a und der zweiten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6b eingestelltenBezugsspannungen während einerAufladungsansteuerperiode und einer Entladungsansteuerperiode festeWerte aufweisen. Im Ausgangszustand ist der Kondensator 12 aufdie Batteriespannung aufgeladen, wobei sich das erste Schaltelement 4a unddas zweite Schaltelement 4b im Sperrzustand befinden. Indiesem Ausgangszustand beträgtdie Piezoaktorspannung 0 V. Zur Einleitung eines Expansions- oderAufladungsvorgangs bei dem Piezoaktor 2 aus dem Ausgangszustand gehtdas von der elektronischen Steuereinheit ECU 9 abgegebeneAnsteuersignal zur Triggerung der ersten monostabilen Kippstufe 75a aufden Pegel "1" über. Die auf diese Weise getriggerteerste monostabile Kippstufe 75a erzeugt dann ein Impulssignal,das die Aufladungsansteuerperiode bestimmt. Da das von der Multiplizierschaltung 53 abgegebeneLeistungsmesssignal 0 V beträgt,geht das von dem ersten Vergleicher 71a abgegebene logischeSignal auf den Pegel "1" über, wodurch das erste Schaltelement 4a durchgeschaltetwird. Hierdurch setzt der Aufladungsvorgang des Piezoaktors 2 über denersten Stromkreis 31 ein. Hierbei steigt der Piezoaktorstrom anund beschleunigt den Aufladungsprozess, wodurch wiederum die Piezoaktorspannungsowie die dem Piezoaktor 2 zugeführte Ansteuerleistung ansteigen.Wenn der Betrag des Leistungsmesssignals die Summe (Bezugsspannung+ Hystereseanteil) überschreitet,geht das von dem ersten Vergleicher 71a abgegebene logischeSignal auf den Pegel "0" über, wodurch das erste Schaltelement 4a abgeschaltetbzw. gesperrt wird. In diesem Zustand stellt die in der Induktionsspule 301 gespeicherteEnergie die treibende Kraft zur Aufrechterhaltung eines über diezweite parasitäreDiode 41b und den zweiten Stromkreis 32 in denPiezoaktor 2 fließenden,allmählichabnehmenden sog. Schwungradstroms dar. Während dieser Schwungradstromfließt,nimmt auch die Ansteuerleistung allmählich ab.
[0035] Wennder Betrag des Leistungsmesssignals kleiner als die Differenz (Bezugsspannung – Hystereseanteil)wird, geht das von dem ersten Vergleicher 71a abgegebenelogische Signal wieder auf den Pegel "1" über, wodurchdas erste Schaltelement 4a erneut durchgeschaltet wird.Auf diese Weise wird der Vorgang zum Durchschalten und Sperren desersten Schaltelements 4a wiederholt durchgeführt. Dadie Bezugsspannung einen festen Wert aufweist, wird auch die Ansteuerleistungzu jedem Zeitpunkt währendder Aufladungsansteuerperiode im wesentlichen auf einem konstantenWert gehalten. Da nämlichdie Ansteuerleistung zu diesen Zeitpunkten durch die von der erstenBezugsspannungs-Generatorschaltung 6a abgegebene Bezugsspannungbestimmt wird und die erste Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a einenSollwert der Ansteuerleistung zu jedem Zeitpunkt der Aufladungsansteuerperiodeabgibt, wird die Ansteuerleistung zu jedem Zeitpunkt der Aufladungsansteuerperiodeauf einem weitgehend konstanten Wert gehalten, der den von der Bezugsspannungvorgegebenen Sollwert darstellt. Da sich die Energiemenge durchIntegration der Ansteuerleistung über eine gewisse Zeitdauer hinwegergibt, steigt die in dem Piezoaktor 2 additiv akkumulierteEnergiemenge direkt proportional zu der nach dem Beginn der Aufladungsansteuerperiodeoder nach der Abgabe des Ansteuersignals vergehenden Zeitdauer an.
[0036] AmEnde der Dauer des von der ersten monostabilen Kippstufe 75a abgegebenenImpulssignals wird dann das dem ersten UND-Glied 74a zugeführte Signalauf den Pegel "0" zurückgestellt,wodurch das erste Schaltelement 4a bis zum Beginn der nächsten Aufladungsansteuerperiodeabgeschaltet bzw. gesperrt wird, womit die Aufladungsansteuerperiodebeendet ist.
[0037] Dadie in dem Piezoaktor 2 additiv akkumulierte Energiemengedirekt proportional zu der nach dem Beginn der Aufladungsansteuerperiodevergehenden Zeitdauer ansteigt, wird die Energie in dem Piezoaktor 2 unabhängig vonSchwankungen der Batteriespannung und Änderungen der Kapazität des Piezoaktors 2 inForm eines gleichmäßigen Vorgangsbzw. Aufladungsvorgangs akkumuliert. Weiterhin kann die bis zumAbschalten bzw. Sperren des ersten Schaltelements 4a oderbis zur Beendigung der Aufladungsansteuerperiode additiv akkumulierte Energiemengekonstant gehalten werden, ohne die Ansteuerleistung über eineZeitdauer hinweg zu integrieren.
[0038] Nachstehendwird der Kontraktions- oder Entladungsvorgang des Piezoaktors 2 näher beschrieben.Nach Beendigung des Expansionsvorgangs des Piezoaktors 2 isteine dem Sollwert entsprechende Energiemenge in dem Piezoaktor 2 gespeichert,wobei sich das erste Schaltelement 4a sowie das zweiteSchaltelement 4b im Sperrzustand befinden. Die Piezoaktorspannungwird von der additiv akkumulierten Energiemenge bestimmt, wobeidie Kapazitätdes Piezoaktors 2 sich in Abhängigkeit von der Temperaturund anderen Faktoren verändert. Wennin diesem Zustand das von der elektronischen Steuereinheit ECU 9 abgegebeneAnsteuersignal auf den Pegel "0" zurückgestelltwird, wird die zweite monostabile Kippstufe 75b getriggertund gibt ein Impulssignal ab, das die Entladungsansteuerperiode bestimmt.Hierbei weist das von der Multiplizierschaltung 53 in Formdes durch Multiplikation der Piezoaktorspannung mit dem piezoelektrischenStrom gebildeten Produktes abgegebene Leistungsmesssignal den Wert0 V auf, da der piezoelektrische Strom den Wert 0 aufweist. Dasvon dem zweiten Vergleicher 71b abgegebene logische Signalgeht somit auf den Pegel "1" über, sodass das zweite Schaltelement 4b durchgeschaltetwird. Hierdurch setzt der Entladungsvorgang des Piezoaktors 2 über denzweiten Stromkreis 32 ein. Der Piezoaktorstrom steigt hierbei anund beschleunigt den Entladungsvorgang, wodurch wiederum die Piezoaktorspannungabnimmt. Allerdings steigt hierbei das dem negativen Eingang deszweiten Vergleichers 71b über den Inverter 70b zugeführte Ansteuerleistungssignalan. Wenn der Betrag des überden Inverter 70b zugeführtenLeistungsmesssignals die Summe (Bezugsspannung + Hystereseanteil) überschreitet,geht das von dem zweiten Vergleicher 71b abgegebene logischeSignal auf den Pegel "0" über, wodurch das zweite Schaltelement 4b gesperrtwird. In dieser Situation wirkt die in der Induktionsspule 301 gespeicherteEnergie als treibende Kraft zur Aufrechterhaltung eines über die ersteparasitäreDiode 41a und den ersten Stromkreis 31 vom Piezoaktor 2 zumKondensator 12 fließenden,allmählichabnehmenden sog. Schwungradstroms. Während des Fließens diesesSchwungradstroms nimmt auch die Ansteuerleistung allmählich ab.
[0039] Wennder Betrag des Leistungsmesssignals kleiner als die Differenz (Bezugsspannung – Hystereseanteil)wird, geht das von dem zweiten Vergleicher 71b abgegebenelogische Signal wieder auf den Pegel "1" über, wodurchdas zweite Schaltelement 4b erneut durchgeschaltet wird.Auf diese Weise wird der Vorgang zum Durchschalten und Sperren des zweitenSchaltelements 4b wiederholt durchgeführt. Da die Bezugsspannungzu jedem Zeitpunkt der Entladungsansteuerperiode einen festen Wertaufweist, wird auch die Ansteuerleistung auf einem weitgehend konstantenWert gehalten. Da nämlichdie Ansteuerleistung zu diesen Zeitpunkten von der durch die zweiteBezugsspannungs-Generatorschaltung 6b abgegebeneBezugsspannung bestimmt wird und die zweite Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6b zujedem Zeitpunkt der Entladungsansteuerperiode einen Sollwert für die Ansteuerleistungabgibt, wird die Ansteuerleistung zu jedem Zeitpunkt der Entladungsansteuerperiodeauf einem weitgehend konstanten Wert gehalten, der den von der Bezugsspannungvorgegebenen Sollwert darstellt. Die in dem Piezoaktor 2 verbleibendeEnergiemenge nimmt hierbei in linearer Proportion zu der nach demBeginn der Entladungsansteuerperiode oder nach der Abgabe des Ansteuersignalsvergehenden Zeitdauer ab.
[0040] AmEnde der Dauer des von der zweiten monostabilen Kippstufe 75b abgegebenenImpulssignals wird sodann das von dem zweiten UND-Glied 74b abgegebeneSignal auf den Pegel "0" zurückgestellt,wodurch das zweite Schaltelement 4b bis zum Beginn dernächstenEntladungsansteuerperiode gesperrt wird, womit die Entladungsansteuerperiode endet.
[0041] Dadie im Piezoaktor 2 verbleibende Energiemenge in linearerProportion zu der seit dem Beginn der Entladungsansteuerperiodevergehenden Zeitdauer abnimmt, erfolgt die Abnahme der in dem Piezoaktor 2 verbleibendenEnergie unabhängigvon Schwankungen der Batteriespannung und Änderungen der Kapazität des Piezoaktors 2 inForm eines gleichmäßigen Vorgangsbzw. Entladungsvorgangs. Weiterhin wird das zweite Schaltelement 4b biszum Beginn der nächstenAnsteuerperiode am Ende dieses Vorgangs zur Rückführung der akkumulierten Energiedes Piezoaktors 2 gesperrt, ohne die Ansteuerleistung über einegewisse Zeitdauer hinweg zu integrieren.
[0042] Sowohldie Aufladungs- als auch die Entladungsansteuerperioden des Piezoaktors 2 können somitbei der Piezoaktor-Ansteuerschaltung gleich gehalten werden, sodasssich Schwankungen des Expansions- und Kontraktionsverhaltens desPiezoaktors 2 reduzieren lassen. Auf diese Weise sind z.B. auchbeständigeEinspritzzeiten und Einspritzmengen gewährleistet. Wie vorstehend beschrieben, führt dieelektronische Steuereinheit ECU 9 der ersten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a und derzweiten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6b Ansteuersignalezur Ansteuerung der ersten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a und der zweitenBezugsspannungs-Generatorschaltung 6b zurErzeugung von konstanten Bezugsspannungen zu. Die elektronischeSteuereinheit ECU 9 kann jedoch auch die erste Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a unddie zweite Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6b zurErzeugung von Bezugsspannungen ansteuern, die jeweils einen Sollwertfür dieAnsteuerleistung bei jeweiligen Zeitpunkten einer Ansteuerperiodevorgeben, d.h., der Sollwert wird für die Ansteuerleistung in Abhängigkeitvon den erforderlichen Betriebseigenschaften des Piezoaktors 2 zueinem jeweiligen Zeitpunkt einer Ansteuerperiode eingestellt, diedie Aufladungsansteuerperiode oder die Entladungsansteuerperiodesein kann. So wird z.B. die Bezugsspannung während der ersten Hälfte einerAnsteuerperiode auf einen hohen Pegel und während der zweiten Hälfte dergleichen Ansteuerperiode auf einen niedrigen Pegel eingestellt.Wenn dagegen die erste Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a unddie zweite Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6b lediglicheine feste Bezugsspannung erzeugen müssen, ist es nicht erforderlich,dass die erste Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a und diezweite Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6b durch einevon der elektronischen Steuereinheit ECU 9 eingestellteAnsteuerspannung angesteuert werden.
[0043] Wiein 3 veranschaulichtist, verändert sichdie Dehnung x des Piezoaktors in Abhängigkeit von der Zeit t entsprechenddem Anstieg der additiv akkumulierten Energiemenge. 3 zeigt eine bei Verwendung der erfindungsgemäßen Piezoaktor-Ansteuerschaltungerhaltene Dehnungskennlinie sowie eine Dehnungskennlinie für eine weiterePiezoaktor-Ansteuerschaltung (Vergleichs-Piezoaktor-Ansteuerschaltung), die einenVergleich ermöglichen. Beidem Steuerverfahren gemäß der Vergleichs-Piezoaktor-Ansteuerschaltungist die Einschaltdauer (Aufladungsansteuerperiode) auf eine vorgegebene Zeitdauereingestellt, die endet, wenn der Piezoaktor eine vorgegebene Ausdehnungerreicht hat. Die Aufladungsansteuerperiode wird hierbei in dernachstehend näherbeschriebenen Weise bestimmt. Hierbei wird eine vorgegebene Ansteuerenergiemengedem Piezoaktor währendeiner vorgegebenen Aufladungsansteuerperiode zugeführt. Sodannwird die Differenz zwischen der tatsächlichen Dehnung des Piezoaktorsund seiner Solldehnung am Ende der vorgegebenen Aufladungsansteuerperiodegemessen. Hierbei wird die Ansteuerleistung des Piezoaktors gemessenund zur Bildung der Ansteuerenergiemenge des Piezoaktors in derAufladungsansteuerperiode integriert. Die Differenz zwischen dertatsächlichenDehnung (Istdehnung) des Piezoaktors und seiner Solldehnung am Endeder vorgegebenen Aufladungsansteuerperiode entspricht der Differenz zwischender Ansteuerenergiemenge am Ende der Aufladungsansteuerperiode undder zur Erzielung der Solldehnung erforderlichen Sollenergiemenge. Sodannwird die Längeder Einschaltdauer in der nächstenAufladungsansteuerperiode auf der Basis der am Ende der Aufladungsansteuerperiodeermittelten Differenz zwischen der integrierten Ansteuerenergiemengeund der Sollenergiemenge neu bestimmt und eingestellt. Auf dieseWeise lässtsich die Ansteuerenergiemenge fürden Piezoaktor bestimmen und als Sollwert einstellen, was zu dervorgegebenen Solldehnung führt.
[0044] Beiverringerter Kapazitätdes Piezoaktors auf Grund einer niedrigen Umgebungstemperatur erfolgtbeim Aufladungsvorgang ein rascher Anstieg der Piezoaktorspannung,wodurch sich die Differenz zwischen der Piezoaktorspannung und derSpannung der Strom- bzw. Spannungsversorgungseinrichtung (Versorgungsspannung)verringert. Bei abnehmender Differenz zwischen der Piezoaktorspannungund der Versorgungsspannung fließt nur ein kleiner Strom inden Piezoaktor, sodass die Akkumulation von Energie im Piezoaktornur noch mit herabgesetzter Geschwindigkeit erfolgt. Je näher derAufladungszeitpunkt am Ende der Aufladungsansteuerperiode liegt,umso mehr verringert sich die Geschwindigkeit der Energieakkumulation.Bei vergrößerter Kapazität des Piezoaktorsauf Grund einer hohen Umgebungstemperatur steigt dagegen die Zeitkonstanteeines von dem Piezoaktor und der Induktionsspule gebildeten Schwingkreisesan. Dies hat zur Folge, dass nach dem Einschaltvorgang des Ladeschaltersnur eine langsame Akkumulation von Energie im Piezoaktor stattfindet,sodass zu Beginn der Aufladungsansteuerperiode die Energieakkumulationmit geringer Geschwindigkeit erfolgt. Hierdurch verlängert sichdie Einschaltdauer des Ladeschalters zu Beginn der Aufladungsansteuerperiode,während amEnde der Aufladungsansteuerperiode die Energieakkumulation mit hoherGeschwindigkeit erfolgt. Eine Veränderung der Umgebungstemperaturführt somitzu einer Änderungder Kapazitätdes Piezoaktors, wobei diese Kapazitätsänderung wiederum eine Änderungdes Dehnungsprofils des Piezoaktors zur Folge hat.
[0045] Beider erfindungsgemäßen Piezoaktor-Ansteuerschaltungwird dagegen das erste Schaltelement 4a derart gesteuert,dass die Ansteuerleistung am Ende der Aufladungsansteuerperiodegleich einem Sollwert wird, der von einer von der ersten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a erzeugten Bezugsspannungbestimmt wird. Auf diese Weise kann ein zeitabhängige Änderungen der Dehnung des Piezoaktors 2 wiedergebendesProfil in Form eines Profils erhalten werden, dass eine von Schwankungender Kapazitätdes Piezoaktors 2 unabhängigeEnergieakkumulationsgeschwindigkeit zu beliebigen Zeitpunkten derAufladungsansteuerperiode wiedergibt, die eine durch die von derersten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6a erzeugteBezugsspannung bestimmte, vorgegebene Dauer aufweist, da bei diesemAusführungsbeispielein zeitabhängige Änderungender Solldehnung des Piezoaktors 2 repräsentierendes Profil in Formeiner gradlinigen Kennlinie festgelegt wird. Die von der erstenBezugsspannungs-Generatorschaltung 6a zu jedem Zeitpunktder Aufladungsansteuerperiode erzeugte Bezugsspannung wird somitbewusst konstant gehalten, sodass das die zeitabhängigen Änderungender im Piezoaktor 2 akkumulierten Energie repräsentierendeProfil im wesentlichen eine gradlinige Kennlinie darstellt. Ein zeitabhängiges Dehnungsprofildes Piezoaktors 2 kann auch in Form eines Profils erhaltenwerden, das in einer Entladungsansteuerperiode die Energie-Wiedergewinnungsgeschwindigkeitunabhängigvon Änderungender Kapazitätdes Piezoaktors 2 zu beliebigen Zeitpunkten in der Entladungsansteuerperiodewiedergibt, wie dies durch eine von der zweiten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6b erzeugteBezugsspannung vorgegeben ist. Auch hierdurch lassen sich z.B. beständige Einspritzzeiten undEinspritzmengen gewährleisten.
[0046] Beieinem in 4 veranschaulichtenzweiten Ausführungsbeispielder Piezoaktor-Ansteuerschaltung werden eine zwischen den Anschlüssen desStrommesswiderstands 51 auftretende Spannung (Piezoaktorspannung)repräsentierendeEingangssignale dem negativen Eingang des ersten Vergleichers 71a und über einenInverter 70b dem negativen Eingang des zweiten Vergleichers 71b zugeführt. Daeiner der Anschlüssedes Strommesswiderstands 51 an Masse liegt, repräsentiertdie Spannung an einem Punkt zwischen dem Piezoaktor 2 unddem Strommesswiderstand 51 die zwischen den Anschlüssen desStrommesswiderstands 51 auftretende Spannung. Der Strommesswiderstand 51 dient alsStromdetektoreinrichtung zur Ermittlung eines Piezoaktorstroms (zurBildung eines Strommesssignals). Wie vorstehend beschrieben, stelltder Piezoaktorstrom einen in den Piezoaktor 2 in seinerEigenschaft als elektrisches Ladungsaufnahmeelement hineinfließenden Stromoder einen aus dem Piezoaktor 2 in seiner Eigenschaft alselektrisches Ladungsabgabeelement herausfließenden Strom dar.
[0047] Außerdem wirddieses Strommesssignal anstelle des bei dem ersten Ausführungsbeispielverwendeten Leistungsmesssignals im Rahmen einer Schaltersteuerschaltung 7a demnegativen Eingang des ersten Vergleichers 71a und über denInverter 70b dem negativen Eingang des zweiten Vergleichers 71b zugeführt. Hierbeisind die von einer ersten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6aA undeiner zweiten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6bA erzeugtenBezugsspannungen in geeigneter Weise auf unterschiedliche Werteim Vergleich zum ersten Ausführungsbeispieleingestellt. Außerdem weisenein erster Eingangswiderstand 72aA, ein erster Rückkopplungswiderstand 73aA,ein zweiter Eingangswiderstand 72bA und ein zweiter Rückkopplungswiderstand 73bA,durch die Hysteresebereiche vorgegeben werden, geeignete Widerstandswerte auf,die im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel unterschiedlichsind. Wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels erzeugen jedochdie erste Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6aA und diezweite Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6bA konstanteBezugsspannungen, die von einer elektronischen Steuereinheit ECU 9A eingestelltwerden. Das zweite Ausführungsbeispielentspricht somit im wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, mit der Ausnahme,dass die elektronische Steuereinheit ECU 9A die erste Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6aA unddie zweite Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6bA zur Erzeugungkonstanter Bezugsspannungen steuert, die im Vergleich zum erstenAusführungsbeispielunterschiedlich sind. Dies beruht auf dem Umstand, dass anstelledes bei dem ersten Ausführungsbeispielverwendeten Leistungsmesssignals nunmehr das sowohl dem negativen Eingangdes ersten Vergleichers 71a als auch über den Inverter 70b demnegativen Eingang des zweiten Vergleichers 71b zugeführte StrommesssignalVerwendung findet.
[0048] Wiein 5 veranschaulichtist, wird zur Herbeiführungeines Expansions- oder Aufladungsvorgangs des Piezoaktors 2 dasvon der elektronischen Steuereinheit ECU 9A abgegebeneAnsteuersignal zur Triggerung der ersten monostabilen Kippstufe 75a aufden Pegel "1" angehoben. Durchdiese Triggerung erzeugt die erste monostabile Kippstufe 75a einImpulssignal, das die Aufladungsansteuerperiode bestimmt. Da dasStrommesssignal hierbei 0 V beträgt,geht das von dem ersten Vergleichers 71a abgegebene logischeSignal auf den Pegel "1" über, wodurch das erste Schaltelement 4a durchgeschaltet undsomit der Vorgang zur Aufladung des Piezoaktors 2 eingeleitetwird. Mit steigendem Piezoaktorstrom beschleunigt sich hierbei derAufladungsvorgang. Wenn der Betrag des Strommesssignals die Summe(Bezugsspannung + Hystereseanteil) überschreitet, geht das vondem ersten Vergleicher 71a abgegebene logische Signal aufden Pegel "0" über, wodurch das erste Schaltelement 4a abgeschaltet bzw.gesperrt wird. In diesem Zustand dient die in der Induktionsspule 301 akkumulierteEnergie als treibende Kraft zur Aufrechterhaltung eines zum Piezoaktor 2 fließenden,allmählichabnehmenden sog. Schwungradstroms.
[0049] Wennder Betrag des Strommesssignals kleiner als die Differenz (Bezugsspannung – Hystereseanteil)wird, geht das von dem ersten Vergleicher 71a abgegebenelogische Signal wieder auf den Pegel "1" über, wodurchdas erste Schaltelement 4a erneut durchgeschaltet wird.Auf diese Weise wird der Vorgang zum Durchschalten und Sperren desersten Schaltelements 4a wiederholt durchgeführt. Dadie Bezugsspannung zu jedem Zeitpunkt der Aufladungsansteuerperiodeeinen festen Wert aufweist, wird auch der Piezoaktorstrom in demBereich (Bezugsspannung – Hystereseanteil)bis (Bezugsspannung + Hystereseanteil) weitgehend auf einem konstantenWert gehalten. Die elektrische Ladungsmenge entspricht dem Ergebniseiner Integration des Piezoaktorstroms über eine gewisse Zeitdauer.Die im Piezoaktor 2 additiv akkumulierte elektrische Ladungsmengesteigt somit in direkter Proportion zu der nach dem Beginn der Aufladungsansteuerperiode odernach der Abgabe des Ansteuersignals vergehenden Zeitdauer an.
[0050] AmEnde der Dauer des von der ersten monostabilen Kippstufe 75a abgegebenenImpulssignals wird dann das dem ersten UND-Glied 74a zugeführte Signalauf den Pegel "0" zurückgestellt,wodurch das erste Schaltelement 4a bis zum Beginn der nächsten Aufladungsansteuerperiodegesperrt wird und diese Aufladungsansteuerperiode somit beendet ist.
[0051] Dieim Piezoaktor 2 additiv akkumulierte elektrische Ladungsmengesteigt in direkter Proportion zu der nach Beginn der Aufladungsansteuerperiodevergehenden Zeitdauer an, sodass der Vorgang, bzw. Aufladungsvorgang,bei dem die elektrische Ladung im Piezoaktor 2 akkumuliertwird, unabhängig vonSchwankungen der Batteriespannung und Änderungen der Kapazität des Piezoaktors 2 gleichförmig verläuft. Außerdem kanndie elektrische Ladungsmenge, die bis zum Sperren des ersten Schaltelements 4a bzw.bis zur Beendigung der Aufladungsansteuerperiode additiv akkumuliertwird, konstant gehalten werden, ohne den Piezoaktorstrom über eine gewisseZeitdauer zu integrieren.
[0052] Nachstehendwerden die Vorgängebei der Kontraktion oder Entladung des Piezoaktors 2 näher beschrieben.Nach Beendigung des Expansionsvorgangs des Piezoaktors 2 isteine vorgegebene elektrische Ladungsmenge im Piezoaktor 2 akkumuliert worden,wobei sich das erste Schaltelement 4a und das zweite Schaltelement 4b imSperrzustand befinden. Die Piezoaktorspannung wird von der Menge deradditiv akkumulierten elektrischen Ladung bestimmt, wobei sich jedochdie Kapazitätdes Piezoaktors 2 in Abhängigkeit von der Temperaturund anderen Faktoren verändert.Wenn in diesem Zustand das von der elektronischen SteuereinheitECU 9A abgegebene Ansteuersignal auf den Pegel "0" zurückgestelltwird, wird die zweite monostabile Kippstufe 75b getriggertund erzeugt ein Impulssignal, das die Entladungsansteuerperiodebestimmt. Da das Strommesssignal 0 V beträgt, geht das von dem zweiten Vergleicher 71b abgegebenelogische Signal auf den Pegel "1" über, wodurch das zweite Schaltelement 4b durchgeschaltetund auf diese Weise der Entladungsvorgang des Piezoaktors 2 eingeleitetwird. Der Piezoaktorstrom steigt dann in der Gegenrichtung zum Aufladungsvorgangan und beschleunigt den Entladungsvorgang, wodurch sich wiederumdie Piezoaktorspannung verringert. Wenn der Betrag des Strommesssignalsdie Summe (Bezugsspannung + Hystereseanteil) überschreitet, geht das vondem zweiten Vergleicher 71b abgegebene logische Signal aufden Pegel "0" über, wodurch das zweite Schaltelement 4b gesperrtwird. In diesem Zustand wirkt die in der Induktionsspule 301 gespeicherteEnergie als treibende Kraft zur Aufrechterhaltung eines vom Piezoaktor 2 zumKondensator 12 fließenden,allmählich abnehmendensog. Schwungradstroms.
[0053] Wennder Betrag des Strommesssignals kleiner als die Differenz (Bezugsspannung – Hystereseanteil)wird, geht das von dem zweiten Vergleicher 71b abgegebenelogische Signal wieder auf den Pegel "1" über, wodurchdas zweite Schaltelement 4b erneut durchgeschaltet wird.Auf diese Weise wird der Vorgang zum Durchschalten und Sperren des zweitenSchaltelements 4b wiederholt durchgeführt. Der Entladungsstrom desPiezoaktors 2 wird somit auf einem weitgehend konstantenWert gehalten, wobei die im Piezoaktor 2 verbleibende elektrischeLadungsmenge in linearer Proportion zu der nach Beginn der Entladungsansteuerperiodeoder nach der Abgabe des Ansteuersignals vergehende Zeitdauer abnimmt.
[0054] AmEnde der Dauer des von der zweiten monostabilen Kippstufe 75b abgegebenenImpulssignals wird dann das von dem zweiten UND-Glied 74b abgegebeneSignal auf den Pegel "0" zurückgestellt, wodurchdas zweite Schaltelement 4b bis zum Beginn der nächsten Entladungsansteuerperiodegesperrt wird und somit diese Entladungsansteuerperiode beendetist.
[0055] Dadie im Piezoaktor 2 verbleibende elektrische Ladungsmengein linearer Proportion zu der nach dem Beginn der Entladungsansteuerperiode vergehendenZeitdauer abnimmt, verläuftder Vorgang bzw. Entladungsvorgang, bei dem sich die im Piezoaktor 2 verbleibendeEnergiemenge verringert, unabhängigvon Schwankungen der Batteriespannung und Veränderungen der Kapazität des Piezoaktors 2 gleichförmig. Weiterhinwird das zweite Schaltelement 4b am Ende dieses Vorgangsbis zum Beginn der nächstenAnsteuerperiode gesperrt. Bei dieser Piezoaktor-Ansteuerschaltung können gleiche Aufladungsansteuerperiodenund Entladungsansteuerperioden des Piezoaktors 2 ohne Integrationdes Piezoaktorstroms übereine gewisse Zeitdauer erhalten werden, sodass sich Schwankungendes Expansions- und Kontraktionsverhaltens des Piezoaktors 2 weitgehendverringern lassen. Auf diese Weise sind z.B. auch beständige Einspritzzeitenund Einspritzmengen erzielbar.
[0056] Beieinem in 6 veranschaulichtendritten Ausführungsbeispielder Piezoaktor-Ansteuerschaltung sind anstelle des bei dem erstenund dem zweiten Ausführungsbeispielvorgesehenen Strommesswiderstands 51 zwei in Reihe geschalteteWiderstände 52 und 55 zwischendie Anschlüssedes Piezoaktors 2 geschaltet, die als Spannungsteiler zurTeilung der Piezoaktorspannung dienen. Die Widerstände 54 und 55 weisenjeweils einen hohen Widerstandswert wie 900 kΩ bzw. 100 kΩ auf. Die als Ergebnis der durchdie Widerstände 54 und 55 erfolgendenSpannungsteilung erhaltene Spannung wird einem Pufferverstärker 56 zugeführt, derin Verbindung mit den Widerständen 54 und 55 eineSpannungsmesseinrichtung 5B zur Messung der Piezoaktorspannung bildet.Die von dem Pufferverstärker 56 abgegebene Spannung(Spannungsmesssignal) wird sowohl dem negativen Eingang des erstenVergleichers 71a als auch dem negativen Eingang des zweitenVergleichers 71b zugeführt.
[0057] In ähnlicherWeise wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist eine Schaltersteuerschaltung 7B vorgesehen,bei der der erste Vergleicher 71a mit einem ersten Eingangswiderstand 72aB undeinem ersten Rückkopplungswiderstand 73aB zurBildung einer Hysteresecharakteristik für das dem positiven Eingangdes ersten Vergleichers 71a zugeführte Eingangssignal versehenist. Gleichermaßenist der zweite Vergleicher 71b mit einem zweiten Eingangswiderstand 72bB undeinem zweiten Rückkopplungswiderstand 73bB zurBildung einer Hysteresecharakteristik für das dem positiven Eingangdes zweiten Vergleichers 71b zugeführte Eingangssignal versehen.
[0058] Einezweite Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6B bildet eineEinrichtung zur Erzeugung einer dem positiven Eingang des erstenVergleichers 71a überden ersten Eingangswiderstand 72aB und dem positiven Eingangdes zweiten Vergleichers 71b über den zweiten Eingangswiderstand 72bB zugeführten Bezugsspannung.Die zweite Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6B führt hierbeieine zeitabhängigeVeränderungder Bezugsspannung durch. Der erste Eingangswiderstand 72aB undder zweite Eingangswiderstand 72bB sind mit einem Bezugsspannungskondensator 61 verbunden,der von einer ersten Konstantstromschaltung 62a aufgeladenund von einer zweiten Konstantstromschaltung 62b entladenwird. Die erste Konstantstromschaltung 62a ist hierbeimit einem positiven Spannungsgenerator 63 verbunden, umals Konstantstromschaltung zur Aufladung des Bezugsspannungskondensators 61 zu dienen,währenddie zweite Konstantstromschaltung 62b mit Masse 64 verbundenist, um als Konstantstromschaltung zur Entladung des Bezugsspannungskondensators 61 zudienen. Die erste Konstantstromschaltung 62a ist in Betrieb,währenddie erste monostabile Kippstufe 75a ein Impulssignal abgibt,währenddie zweite Konstantstromschaltung 62b gleichermaßen in Betriebist, währenddie zweite monostabile Kippstufe 75b ein Impulssignal abgibt. DieStromstärkedes von der ersten Konstantstromschaltung 62a erzeugtenStroms wird von einem von der elektronischen Steuereinheit ECU 9B abgegebenenStromeinstellsignal bestimmt. Durch den von der ersten Konstantstromschaltung 62a erzeugtenStrom wird der Bezugsspannungskondensator 61 um eine elektrischeLadungsmenge aufgeladen, deren Betrag von der relativen Einschaltdauer(dem Tastverhältnis) desvon der ersten monostabilen Kippstufe 75a erzeugten Impulssignalsbestimmt wird, das ein Signal zur Verknüpfung der Schaltung zur Aufladungdes Bezugsspannungskondensators 61 darstellt. Durch denvon der zweiten Konstantstromschaltung 62b erzeugten Stromwird dagegen die elektrische Ladung aus dem Bezugsspannungskondensator 61 abgeführt. Hierbeiwird die aus dem Bezugsspannungskondensator 61 abgeführte elektrischeLadungsmenge von der relativen Einschaltdauer (dem Tastverhältnis) desvon der zweiten monostabilen Kippstufe 75b erzeugten Impulssignalsbestimmt, das ein Signal zur Verknüpfung der Schaltung zur Entladungdes Bezugsspannungskondensators 61 darstellt.
[0059] Dasvon dem ersten Vergleicher 71a abgegebene Signal wird demersten UND-Glied 74a direkt zugeführt, während das von dem zweiten Vergleicher 71b abgegebeneSignal dem zweiten UND-Glied 74b über einen Inverter 77b zugeführt wird.
[0060] Wiein 7 veranschaulichtist, geht zur Einleitung eines Expansions- oder Aufladungsvorgangsdes Piezoaktors 2 das von der elektronischen SteuereinheitECU 9B abgegebene Ansteuersignal zur Triggerung der erstenmonostabilen Kippstufe 75a auf den Pegel "1" über.Durch diese Triggerung erzeugt die erste monostabile Kippstufe 75a einImpulssignal, das die Aufladungsansteuerperiode bestimmt. Mit diesemImpulssignal wird die erste Konstantstromschaltung 62a zurAufladung des Bezugsspannungskondensators 61 angesteuert,woraufhin die Bezugsspannung anzusteigen beginnt. Da das Spannungsmesssignalin diesem Zustand 0 V beträgt,geht das von dem ersten Vergleicher 71a abgegebene logischeSignal auf den Pegel "1" über, wodurch das erste Schaltelement 4a durchgeschaltet wirdund hierdurch der Aufladungsvorgang des Piezoaktors 2 einsetzt.Hierbei steigt die Piezoaktorspannung an, wodurch sich der Aufladungsvorgang beschleunigt.Wenn der Betrag des Spannungsmesssignals die Summe (Bezugsspannung+ Hystereseanteil) überschreitet,geht das von dem ersten Vergleicher 71a abgegebene logischeSignal auf den Pegel "0" über, wodurch das erste Schaltelement 4a gesperrtwird. Hierbei wirkt die in der Induktionsspule 301 gespeicherteEnergie als treibende Kraft zur Aufrechterhaltung eines zum Piezoaktor 2 inseiner Eigenschaft als elektrisches Ladungsaufnahmeelement fließenden,allmählichabnehmenden sog. Schwungradstroms, wobei die Piezoaktorspannung weiteransteigt.
[0061] Sodannverringert sich die Anstiegsgeschwindigkeit der Piezoaktorspannung,währenddie Bezugsspannung weiter ansteigt, sodass schließlich dieDifferenz (Bezugsspannung – Hystereseanteil) denBetrag des Spannungsmesssignals überschreitet.Zu diesem Zeitpunkt geht das von dem ersten Vergleicher 71a abgegebenelogische Signal wieder auf den Pegel "1" über, wodurchdas erste Schaltelement 4a erneut durchgeschaltet wird.Auf diese Weise wird der Vorgang zum Durchschalten und Sperren desersten Schaltelements 4a wiederholt durchgeführt.
[0062] Während derVorgang zum Durchschalten und Sperren des ersten Schaltelements 4a aufdiese Weise wiederholt erfolgt, wird der Bezugsspannungskondensator 61 inder vorstehend beschriebenen Weise mit einem konstanten Strom aufgeladenund akkumuliert hierbei eine elektrische Ladung, deren Menge dernach dem Anstieg des Ansteuersignals auf den Pegel "1" vergehenden Zeitdauer direkt proportionalist. Somit steigt auch die zwischen den Anschlüssen des Bezugsspannungskondensators 61 auftretendeSpannung direkt proportional zu der nach dem Anstieg des Ansteuersignalsauf den Pegel "1" vergehenden Zeitdaueran. Hierbei ist die elektrische Ladungsmenge dem durch Multiplikationder Kapazitätdes Bezugsspannungskondensators 61 mit der zwischen denAnschlüssendes Bezugsspannungskondensators 61 auftretenden Spannunggebildeten Produkt direkt proportional. Wenn die Kapazität des Bezugsspannungskondensators 61 konstantgehalten werden kann, steigt die Ladungsmenge auf Grund der Zuführung desKonstantstroms direkt proportional zur Zeitdauer an. Demzufolgesteigt auch die Spannung direkt proportional zu der nach dem Beginnder Aufladung vergehenden Zeitdauer an.
[0063] Während desAnstiegs der Bezugsspannung steigt auch die Piezoaktorspannung imwesentlichen direkt proportional zu der nach dem Übergangdes Ansteuersignals auf den Pegel "1" vergehendenZeitdauer an.
[0064] AmEnde der Dauer des von der ersten monostabilen Kippstufe 75a abgegebenenImpulssignals wird dann das dem ersten UND-Glied 74a zugeführte Signalauf den Pegel "0" zurückgestellt,wodurch das erste Schaltelement 4a bis zum Beginn der nächsten Aufladungsansteuerperiodegesperrt wird, womit diese Aufladungsansteuerperiode beendet ist. Gleichzeitigendet auch der von der ersten Konstantstromschaltung 62a ausgeführte Vorgang,wobei die von der ersten Konstantstromschaltung 62a erzeugte Bezugsspannungauf einem konstanten Pegel gehalten wird.
[0065] Dadie Piezoaktorspannung in direkter Proportion zu der nach dem Beginnder Aufladungsansteuerperiode vergehenden Zeitdauer ansteigt, verläuft derVorgang des Anstiegs der Piezoaktorspannung bzw. der Aufladungsvorgangunabhängigvon Schwankungen der Batteriespannung und Veränderungen der Kapazität des Piezoaktors 2 gleichförmig.
[0066] Nachstehendwerden die Vorgängebei der Kontraktion bzw. Entladung des Piezoaktors 2 näher beschrieben.Nach der Beendigung des Expansionsvorgangs des Piezoaktors 2 hatdie Piezoaktorspannung einen vorgegebenen Pegel erreicht, wobeisich das erste Schaltelement 4a und das zweite Schaltelement 4b imSperrzustand befinden. Wenn in diesem Zustand das von der elektronischenSteuereinheit ECU 9B abgegebene Ansteuersignal auf denPegel "0" zurückgestelltwird, wird die zweite monostabile Kippstufe 75b getriggertund erzeugt ein Impulssignal, das die Entladungsansteuerperiodebestimmt. Hierbei wird die zweite Konstantstromschaltung 62b zurEntladung des Bezugsspannungskondensators 61 mit einerkonstanten Entladungsgeschwindigkeit angesteuert, die gleich demBetrag eines von der zweiten Konstantstromschaltung 62b erzeugten Stromsist. Die Bezugsspannung verringert sich somit in linearer Proportionzu der nach dem Abfallen des Ansteuersignals auf den Pegel "0" vergehenden Zeitdauer. Wenn die Summe(Bezugsspannung + Hystereseanteil) kleiner als der Betrag des Spannungsmesssignalswird, geht das von dem zweiten Vergleicher 71b abgegebenelogische Signal auf den Pegel "0" über, wodurch das zweite Schaltelement 4b durchgeschaltetwird und der Entladungsvorgang des Piezoaktors 2 einsetzt.Hierbei fließtder Piezoaktorstrom von dem Piezoaktor 2 in seiner Eigenschaft alselektrisches Ladungsabgabeelement zurück, wodurch sich der Entladungsvorgangbeschleunigt. Dies hat wiederum zur Folge, dass die Piezoaktorspannungabnimmt. Wenn der Betrag des Spannungsmesssignals kleiner als dieDifferenz (Bezugsspannung – Hystereseanteil)wird, geht das von dem zweiten Vergleicher 71b abgegebenelogische Signal auf den Pegel "1" über, wodurch das zweite Schaltelement 4b gesperrtwird. In diesem Zustand wirkt die in der Induktionsspule 301 gespeicherteEnergie als treibende Kraft zur Aufrechterhaltung eines vom Piezoaktor 2 zumKondensator 12 zurückfließenden,allmählichabnehmenden sog. Schwungradstroms.
[0067] Dader Entladungsstrom allmählichabnimmt, verringert sich die Abnahmegeschwindigkeit der Piezoaktorspannung,wobei sich die Bezugsspannung in linearer Proportion zu der nachdem Abfallen des Ansteuersignals auf den Pegel "0" vergehendenZeitdauer verringert. Wenn die Differenz (Bezugsspannung + Hystereseanteil)kleiner als der Betrag des Spannungsmesssignals wird, geht das vondem zweiten Vergleicher 71b abgegebene logische Signal wiederauf den Pegel "0" über, wodurch das zweite Schaltelement 4b erneut durchgeschaltetwird. Auf diese Weise wird der Vorgang zum Durchschalten und Sperrendes zweiten Schaltelements 4b wiederholt durchgeführt. DiePiezoaktorspannung verringert sich somit in weitgehend linearerProportion zu der nach dem Beginn der Entladungsansteuerperiode vergehendenZeitdauer.
[0068] AmEnde der Dauer des von der zweiten monostabilen Kippstufe 75b abgegebenenImpulssignals wird dann das von dem zweiten UND-Glied 74b abgegebeneSignal auf den Pegel "0" zurückgestellt, wodurchdas zweite Schaltelement 4b bis zum Beginn der nächsten Entladungsansteuerperiodegesperrt wird. Hiermit endet diese Entladungsansteuerperiode desPiezoaktors 2.
[0069] Dasich die Piezoaktorspannung in linearer Proportion zu der nach demBeginn der Entladungsansteuerperiode vergehenden Zeitdauer verringert, verläuft derVorgang der Abnahme der Piezoaktorspannung bzw. der Entladungsvorgangunabhängig vonSchwankungen der Batteriespannung und Änderungen der Kapazität des Piezoaktors 2 gleichförmig.
[0070] Dabei der Piezoaktor-Ansteuerschaltung sowohl die Aufladungsansteuerperiodenals auch die Entladungsansteuerperioden des Piezoaktors 2 gleichgehalten werden können,lassen sich Schwankungen des Expansions- und Kontraktionsverhaltens desPiezoaktors 2 ebenfalls weitgehend verringern. Auf dieseWeise könnenz.B. beständigeEinspritzzeiten und Einspritzmengen erhalten werden. Die elektronischeSteuereinheit ECU 9B führthierbei sowohl der ersten Konstantstromschaltung 62a alsauch der zweiten Konstantstromschaltung 62b Signale zu,die als Bezugsspannungssignale zur Erzeugung eines Konstantstromsdienen, jedoch kann die elektronische Steuereinheit ECU 9B dieerste Konstantstromschaltung 62a und die zweite Konstantstromschaltung 62b auchzur variablen Erzeugung von Konstantströmen ansteuern, die jeweilseinen Sollwert fürdie Ansteuerspannung zu jedem Zeitpunkt einer Ansteuerperiode vorgeben.Der Sollwert wird entsprechend den erforderlichen Betriebseigenschaften desPiezoaktors 2 zu einem jeweiligen Zeitpunkt der Ansteuerperiodeeingestellt, die die Aufladungsansteuerperiode oder die Entladungsansteuerperiode seinkann. So wird z.B. der Konstantstrom während der ersten Hälfte einerAnsteuerperiode auf einen großenBetrag eingestellt, währender währendder zweiten Hälfteder gleichen Ansteuerperiode auf einen geringen Betrag eingestelltwird.
[0071] In 8 ist ein viertes Ausführungsbeispiel derPiezoaktor-Ansteuerschaltung veranschaulicht, bei der anstelle derMultiplizierschaltung 53 des ersten Ausführungsbeispielseine Energiemessschaltung 53C Verwendung findet, von dereine piezoelektrische Spannung und die den piezoelektrischen StromrepräsentierendeStrommesswiderstandsspannung eingegeben werden. Die Energiemessschaltung 53C bildetin Verbindung mit dem Pufferverstärker 52 und dem Strommesswiderstand 51 eineAnsteuerenergie-Messeinrichtung 5C. Die Energiemessschaltung 53C umfassteine Multiplizierschaltung, die der Multiplizierschaltung des ersten Ausführungsbeispielsentspricht, sowie eine Integratorschaltung zur Integration des vonder Multiplizierschaltung abgegebenen Leistungsmesssignals. Die Integratorschaltunggibt somit als Ausgangssignal ein Signal (Ansteuerenergie-Messsignal)ab, das dem Integrationswert der Ansteuerleistung des Piezoaktors 2 unddamit der Ansteuerenergie proportional ist. Bei einer Aufladungsansteuerperiodedes Piezoaktors 2 steigt das Ansteuerenergie-Messsignal an,währendbei einer Eutladungsansteuerperiode des Piezoaktors 2,bei der der Piezoaktorstrom einen negativen Wert aufweist, das Ansteuerenergie-Messsignalabnimmt. Zur Begrenzung bzw. Vermeidung einer kumulativen Fehlerbildungbei der Integratorschaltung führtdie elektronische Steuereinheit ECU 9C üblicherweise einen Steuervorgangzur Rückstellungder Integratorschaltung vor dem Beginn einer Aufladungsansteuerperiodedes Piezoaktors 2 durch.
[0072] DasAnsteuerenergie-Messsignal wird einer Schaltersteuerschaltung 7C zugeführt, dieals Aufladungs-/Entladungs-Regeleinrichtungdient, d.h., das Ansteuerenergie-Messsignal wird dem negativen Eingangdes ersten Vergleichers 71a sowie über den Inverter 70b demnegativen Eingang des zweiten Vergleichers 71b zugeführt.
[0073] Einvon einer als Bezugsspannungs-Generator dienenden ersten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6aC abgegebenesBezugsspannungssignal wird dem positiven Eingang des ersten Vergleichers 71a über denersten Eingangswiderstand 72aC zugeführt. Gleichermaßen wirdein von einer ebenfalls als Bezugsspannungs-Generator dienenden zweitenBezugsspannungs-Generatorschaltung 6bC abgegebenes Bezugsspannungssignaldem positiven Eingang des zweiten Vergleichers 71b über den zweitenEingangswiderstand 72bC zugeführt. Die erste Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6aC unddie zweite Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6bC können hierbeieine zeitabhängigeVeränderungder erzeugten Bezugsspannung durchführen. Weiterhin stellt dasbei der Schaltersteuerschaltung 7C dem negativen Eingangdes ersten Vergleichers 71a sowie über den Inverter 70b demnegativen Eingang des zweiten Vergleichers 71b zugeführte Eingangssignalanstelle des bei dem ersten Ausführungsbeispielverwendeten Leistungsmesssignals nunmehr ein Ansteuerenergie-Messsignaldar. Die von der ersten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6aA undder zweiten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6bA erzeugtenBezugsspannungen sind somit in geeigneter Weise auf Werte eingestellt, dieim Vergleich zum ersten Ausführungsbeispielunterschiedlich sind. Darüberhinaus weisen der erste Eingangswiderstand 72aC, der ersteRückkopplungswiderstand 73aC,der zweite Eingangswiderstand 72bC sowie der zweite Rückkopplungswiderstand 73bC,die zur Vorgabe von Hysteresebereichen bzw. Hystereseanteilen dienen,ebenfalls geeignete Widerstandswerte auf, die sich von den beim erstenAusführungsbeispielverwendeten Widerstandswerten unterscheiden.
[0074] Dieerste Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6aC erzeugt eineBezugsspannung, die sich mit linearer Zeitabhängigkeit verändert. DieAnsteuerenergie des Piezoaktors 2 steigt somit von demWert Null zu Beginn einer Aufladungsansteuerperiode des Piezoaktors 2 schließlich aufeinen Energiesollwert am Ende der Aufladungsansteuerperiode an.Dieser Energiesollwert stellt die vorgegebene Energiemenge dar,die sich als Ergebnis der Aufladung des Piezoaktors 2 amEnde der Aufladungsansteuerperiode ergeben soll. Die zweite Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6bC erzeugtebenfalls eine Bezugsspannung, die sich mit linearer Zeitabhängigkeit ändert. DieAnsteuerenergie des Piezoaktors 2 fällt daher von dem zu Beginneiner Entladungsansteuerperiode des Piezoaktors 2 vorliegendenEnergiesollwert schließlichauf den Wert Null am Ende der Entladungsansteuerperiode ab. Hierbei wirddavon ausgegangen, dass das die zeitabhängigen Änderungen der BezugsspannungrepräsentierendeProfil dem die zeitabhängigen Änderungender Ansteuerenergie entsprechenden Profil entspricht. Hierbei wirddas die zeitabhängigen Änderungender Bezugsspannung repräsentierendenProfil auf der Basis einer Korrelation zwischen der im Piezoaktor 2 gespeichertenEnergie und der Dehnung des Piezoaktors 2 festgelegt. Dasauf diese Weise festgelegte Profil der zeitabhängigen Änderungen der Bezugsspannungsoll daher zu einem Dehnungsprofil führen, das die erforderlicheDehnungscharakteristik des Piezoaktors 2 während einerAufladungsansteuerperiode oder einer Entladungsansteuerperiode repräsentiert.Ein Profil, das zeitabhängige Änderungender Bezugsspannung währendeiner Aufladungsansteuerperiode repräsentiert, kann sich jedochvon einem Profil unterscheiden, das zeitabhängige Änderungen der Bezugsspannungwährendeiner Entladungsansteuerperiode repräsentiert.
[0075] Beidiesem Ausführungsbeispielwird die Dauer der Einschaltzeiten und Sperrzeiten des ersten Schaltelements 4a derartgesteuert, dass das Ansteuerenergie-Messsignal zu jedem Zeitpunktder Aufladungsansteuerperiode im wesentlichen gleich der von derersten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6aC abgegebenenBezugsspannung ist. Weiterhin wird die Dauer der Einschaltzeitenund Sperrzeiten des zweiten Schaltelements 4b ebenfalls derartgesteuert, dass das Ansteuerenergie-Messsignal zu jedem Zeitpunktder Entladungsansteuerperiode gleich der von der zweiten Bezugsspannungs-Generatorschaltung 6bC abgegebenenBezugsspannung ist. Auf diese Weise kann ein zeitabhängige Änderungender Ansteuerenergie repräsentierendesProfil durch Bestimmung eines Profils eingestellt werden, das zeitabhängige Änderungender Bezugsspannung wiedergibt. Somit kann ein eine zeitabhängige Dehnungscharakteristikdes Piezoaktors 2 repräsentierendesProfil in Form eines im wesentlichen gradlinigen und von Schwankungender Kapazitätdes Piezoaktors 2 in der in 3 veranschaulichtenWeise unabhängigenProfils erhalten werden, indem ein zeitabhängiges Profil der abgegebenenBezugsspannung in geeigneter Weise bestimmt bzw. vorgegeben wird.Im übrigenkann eine Enddehnung des Piezoaktors 2 als Solldehnungam Ende einer Aufladungsansteuerperiode eingestellt werden.
[0076] Beidiesem Ausführungsbeispielwird ein Ansteuerenergie-Sollwertfür jedenZeitpunkt nach dem Beginn einer Aufladungsansteuerperiode oder einer Entladungsansteuerperiodevorher eingestellt. Dieser Ansteuerenergie-Sollwert wird für jedenZeitpunkt eingestellt, um als Sollwertprofil verwendet zu werden,das eine zeitabhängigeSoll-Dehnungscharakteristik des Piezoaktors 2 während einerAufladungsansteuerperiode oder einer Entladungsansteuerperiode repräsentiert.Die Ansteuerleistung zu einem Zeitpunkt während der Aufladungsansteuerperiodeoder der Entladungsansteuerperiode kann zwar aus gewissen Gründen voneiner vorgegebenen Ansteuerleistung abweichen, jedoch wird der einenIntegrationswert der Ansteuerleistung darstellende tatsächlicheWert (Istwert) der Ansteuerenergie später zur Kompensation von Abweichungender Ansteuerleistung eingestellt, die lediglich einen Wert darstellt,der als Ergebnis einer zeitabhängigenDifferenzierung der Ansteuerenergie erhalten wird. Auf diese Weise können Schwankungendes Ansteuerenergie-Endwertesam Ende der Aufladungsansteuerperiode oder der Entladungsansteuerperiodeausgeglichen bzw. verringert werden.
[0077] Beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der Piezoaktor 2 zwardirekt überden Kondensator 12 angesteuert, der wiederum von der Batteriespannungaufgeladen wird, jedoch kann bei der erfindungsgemäßen Piezoaktor-Ansteuerschaltungauch ein Schaltungsaufbau Verwendung finden, bei dem die Batteriespannungunter Verwendung eines Gleichspannungswandlers angehoben wird, bevorsie zur Aufladung des Piezoaktors 2 dient.
[0078] Dievorstehend beschriebene Piezoaktor-Ansteuerschaltung umfasst somiteine erste Stromeinstelleinrichtung (4a) zur Einstellungeines Aufladungsstroms, der in einen Piezoaktor (2) über eineneinen Kondensator (12) übereine Induktionsspule (301) mit dem Piezoaktor (2)verbindenden ersten Stromkreis (31) hineinfließt, einezweite Stromeinstelleinrichtung (4b) zur Einstellung einesEntladungsstroms, der aus dem Piezoaktor (2) über einen dieInduktionsspule (301) mit dem Piezoaktor (2) verbindendenzweiten Stromkreis (32) herausfließt, eine Leistungsmesseinrichtung(5) zur Ermittlung der Ansteuerleistung des Piezoaktors(2), eine Sollwert-Einstelleinrichtung(6a, 6b) zur Abgabe eines Sollwertes, der vorherals geeignete Sollleistung zur Ansteuerung des Piezoaktors (2)eingestellt wird, sowie eine Aufladungs-/Entladungs-Regeleinrichtung (7)zur Regelung der ersten Stromeinstelleinrichtung (4a) undder zweiten Stromeinstelleinrichtung (4b) dahingehend,dass der jeweilige Messwert der Ansteuerleistung des Piezoaktors(2) zur Erzielung gleichförmiger Aufladungs- und Entladungsvorgänge desPiezoaktors (2) auf den Sollwert eingeregelt wird.

权利要求:
Claims (34)
[1] Piezoaktor-Ansteuerschaltung zur Aufladung undEntladung eines Piezoaktors, gekennzeichnet durch eine elektrischeLastmesseinrichtung (5, 51, 5B, 5C) zurErmittlung der elektrischen Last des Piezoaktors (2) zujeweiligen Zeitpunkten währendeiner Ansteuerperiode des Piezoaktors (2), bei der eineAufladung oder Entladung des Piezoaktors (2) erfolgt, und eineSollwert-Einstelleinrichtung (6a, 6b, 6aA, 6bA, 6B, 62a, 62b, 6aC, 6bC)zur Einstellung eines Sollwertes der elektrischen Last des Piezoaktors(2) für jedender Zeitpunkte in der Ansteuerperiode des Piezoaktors (2),wobei ein Messwert der elektrischen Last des Piezoaktors (2)bei jedem der Zeitpunkte in der Ansteuerperiode des Piezoaktors(2) auf den Sollwert der elektrischen Last des Piezoaktors(2) eingeregelt wird.
[2] Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass die elektrische Lastmesseinrichtung (5)eine Leistungsmesseinrichtung (5) darstellt, die die Ansteuerleistungdes Piezoaktors (2) als die elektrische Last ermittelt,und dass die Sollwert-Einstelleinrichtung (6a, 6b)einen Sollwert der Ansteuerleistung des Piezoaktors (2)einstellt.
[3] Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, dass die Ansteuerleistung des Piezoaktors (2)ein Produkt darstellt, das als Ergebnis der Multiplikation einerzwischen Anschlüssendes Piezoaktors (2) auftretenden Spannung mit einem inden Piezoaktor (2) hineinfließenden Ansteuerstrom erhaltenwird.
[4] Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass die elektrische Lastmesseinrichtung (51)eine Strommesseinrichtung (51) darstellt, die einen inden Piezoaktor (2) hineinfließenden Ansteuerstrom als dieelektrische Last misst, und dass die Sollwert-Einstelleinrichtung (6aA, 6bA)einen Sollwert des Ansteuerstroms des Piezoaktors (2) einstellt.
[5] Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach zumindest einemder Ansprüche2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert der elektrischenLast im wesentlichen konstant ist.
[6] Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass die elektrische Lastmesseinrichtung (5B)eine Spannungsmesseinrichtung (5B) darstellt, die einezwischen Anschlüssendes Piezoaktors (2) auftretende Spannung als die elektrischeLast misst, und dass die Sollwert-Einstelleinrichtung (6B, 62a, 62b)einen Sollwert der Spannung zwischen den Anschlüssen des Piezoaktors (2)einstellt.
[7] Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach Anspruch 6, dadurchgekennzeichnet, dass sich der Sollwert der elektrischen Last nachdem Beginn der Ansteuerperiode des Piezoaktors (2) mitim wesentlichen linearer Zeitabhängigkeit ändert.
[8] Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass die elektrische Lastmesseinrichtung (5C)eine Ansteuerenergie-Messeinrichtung (5C) darstellt, diezur Berechnung der Ansteuerenergie als die elektrische Last die Ansteuerleistungdes Piezoaktors (2) misst und die Ansteuerleistung über dienach dem Beginn der Ansteuerperiode des Piezoaktors (2)vergehende Zeitdauer hinweg integriert, und dass die Sollwert-Einstelleinrichtung(6aC, 6bC) einen Sollwert der Ansteuerenergiedes Piezoaktors (2) einstellt.
[9] Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach Anspruch 8, dadurchgekennzeichnet, dass die Ansteuerleistung des Piezoaktors (2)ein Produkt darstellt, das als Ergebnis der Multiplikation einerzwischen Anschlüssendes Piezoaktors (2) auftretenden Spannung mit einem inden Piezoaktor (2) hineinfließenden Ansteuerstrom erhaltenwird.
[10] Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach Anspruch 8 oder9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Sollwert der elektrischenLast nach dem Beginn der Ansteuerperiode des Piezoaktors (2)im wesentlichen mit linearer Zeitabhängigkeit ändert.
[11] Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach zumindest einemder Ansprüche1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Stromeinstelleinrichtung(4a, 4b) zur Einstellung sowohl eines in den Piezoaktor(2) in seiner Eigenschaft als elektrisches LadungsaufnahmeelementhineinfließendenAnsteuerstroms als auch eines aus dem Piezoaktor (2) inseiner Eigenschaft als elektrisches Ladungsabgabeelement herausfließenden Ansteuerstroms,und eine Aufladungs-/Entladungs-Regeleinrichtung (7, 7A, 7B, 7C)zur Regelung der Stromeinstelleinrichtung (4a, 4b)dahingehend, dass der Messwert der elektrischen Last des Piezoaktors(2) zu jedem der Zeitpunkte in der Ansteuerperiode aufden Sollwert eingeregelt wird.
[12] Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach Anspruch 11, dadurchgekennzeichnet, dass die Aufladungs-/Entladungs-Regeleinrichtung (7, 7A, 7B, 7C) dieAnsteuerperiode des Piezoaktors (2) beendet, wenn einevorgegebene Zeitdauer nach dem Beginn der Ansteuerperiode des Piezoaktors(2) vergangen ist.
[13] Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach zumindest einemder Ansprüche1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Spannungsversorgungseinrichtung(1), durch die an Anschlüsse des Piezoaktors (2)eine Spannung angelegt wird.
[14] Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach Anspruch 11 oder12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannungsversorgungseinrichtung(1), überdie an Anschlüssedes Piezoaktors (2) eine Spannung angelegt wird, einerster Stromkreis (31), der einen positiven Anschluss derSpannungsversorgungseinrichtung (1) über eine Induktionsspule (301)mit einem positiven Anschluss des Piezoaktors (2) verbindet,und ein zweiter Stromkreis (32), der den positivenAnschluss des Piezoaktors (2) über die Induktionsspule (301)zur Umgehung der Spannungsversorgungseinrichtung (1) mitMasse verbindet, vorgesehen sind, die Stromeinstelleinrichtung(4a) ein in dem ersten Stromkreis (31) angeordneterLadeschalter (4a) ist, die Aufladungs-/Entladungs-Regeleinrichtung(7, 7A, 7B, 7C) während einerAufladungsperiode des Piezoaktors (2) den Ladeschalter(4a) wiederholt einschaltet und abschaltet, über denersten Stromkreis (31) im Einschaltzustand des Ladeschalters(4a) ein Ladestrom fließt, der allmählich aufeinen Spitzenwert ansteigt, und über den zweiten Stromkreis(32) im Abschaltzustand des Ladeschalters (4a)ein Ladestrom fließt, derallmählichvon seinem Spitzenwert abfällt.
[15] Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach Anspruch 11 oder12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannungsversorgungseinrichtung(1), überdie an Anschlüssedes Piezoaktors (2) eine Spannung angelegt wird, einder Spannungsversorgungseinrichtung (1) parallel geschalteterKondensator (12), ein erster Stromkreis (31),der einen positiven Anschluss der Spannungsversorgungseinrichtung(1) und einen positiven Anschluss des Kondensators (12) über eineInduktionsspule (301) mit einem positiven Anschluss desPiezoaktors (2) verbindet, und ein zweiter Stromkreis(32), überden der positive Anschluss des Piezoaktors (2) über dieInduktionsspule (301) zur Umgehung der Spannungsversorgungseinrichtung(1) und des Kondensators (12) an Masse liegt,vorgesehen sind, die Stromeinstelleinrichtung (4b)ein in dem zweiten Stromkreis (32) angeordneter Entladeschalter(4b) ist, die Aufladungs-/Entladungs-Regeleinrichtung(7, 7A, 7B, 7C) während einerEntladungsperiode des Piezoaktors (2) den Entladeschalter(4b) wiederholt einschaltet und abschaltet, über denzweiten Stromkreis (32) im Einschaltzustand des Entladeschalters(4b) ein Entladestrom fließt, der allmählich aufeinen Spitzenwert ansteigt, und über den ersten Stromkreis (31)im Abschaltzustand des Entladeschalters (4b) ein Entladestromfließt,der allmählichvon seinem Spitzenwert abfällt.
[16] Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach Anspruch 14 oder15, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladungs-/Entladungs-Regeleinrichtung(7, 7A, 7B, 7C) eine Vergleichereinrichtung(71a, 71b) aufweist, die den Messwert der elektrischenLast des Piezoaktors (2) mit einem den Sollwert zwischensich einschließendengrößeren Schwellenwertund kleineren Schwellenwert zur Bildung einer Hysteresecharakteristikin Bezug auf den Sollwert vergleicht, die Vergleichereinrichtung(71a, 71b) den Ladeschalter (4a) oderden Entladeschalter (4b) abschaltet, wenn der Messwertden größeren Schwellenwert überschreitet,und die Vergleichereinrichtung (71a, 71b)den jeweils anderen Ladeschalter (4a) oder Entladeschalter(4b) einschaltet, wenn der Messwert den kleineren Schwellenwertunterschreitet.
[17] Piezoaktor-Ansteuerschaltung nach zumindest einemder Ansprüche13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgungseinrichtung(1) eine an Anschlüsseneiner Batterie (11) anstehende Spannung abgibt.
[18] Piezoaktor-Ansteuerverfahren zur Aufladung und Entladungeines Piezoaktors, gekennzeichnet durch die Schritte: Ermittlungeiner elektrischen Last eines Piezoaktors (2) zu jeweiligenZeitpunkten in einer Ansteuerperiode des Piezoaktors (2),bei der der Piezoaktor (2) aufgeladen oder entladen wird, Einstellungeines Sollwertes der elektrischen Last des Piezoaktors (2)für jedender Zeitpunkte in der Ansteuerperiode des Piezoaktors (2),und Einregelung eines Messwertes der elektrischen Last desPiezoaktors (2) auf den Sollwert der elektrischen Lastdes Piezoaktors (2) zu jedem der Zeitpunkte in der Ansteuerperiodedes Piezoaktors (2).
[19] Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach Anspruch 18, dadurchgekennzeichnet, dass die elektrische Last die Ansteuerleistung desPiezoaktors (2) darstellt.
[20] Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach Anspruch 19, dadurchgekennzeichnet, dass die Ansteuerleistung des Piezoaktors (2)ein Produkt darstellt, das als Ergebnis der Multiplikation einerzwischen Anschlüssendes Piezoaktors (2) auftretenden Spannung mit einem inden Piezoaktor (2) hineinfließenden Treiberstrom erhaltenwird.
[21] Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach Anspruch 18, dadurchgekennzeichnet, dass die elektrische Last einen in den Piezoaktor(2) hineinfließendenAnsteuerstrom darstellt.
[22] Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach zumindest einemder Ansprüche19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert der elektrischenLast im wesentlichen konstant ist.
[23] Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach Anspruch 18, dadurchgekennzeichnet, dass die elektrische Last eine Spannung zwischenAnschlüssendes Piezoaktors (2) darstellt.
[24] Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach Anspruch 23, dadurchgekennzeichnet, dass der Sollwert der elektrischen Last sich nachdem Beginn der Ansteuerperiode des Piezoaktors (2) mitim wesentlichen linearer Zeitabhängigkeit ändert.
[25] Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach Anspruch 18, dadurchgekennzeichnet, dass die elektrische Last eine Ansteuerenergie darstellt,die durch Integration der Ansteuerleistung des Piezoaktors (2) über dienach dem Beginn einer Ansteuerperiode des Piezoaktors (2)vergehende Zeitdauer hinweg berechnet wird.
[26] Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach Anspruch 25, dadurchgekennzeichnet, dass die Ansteuerleistung des Piezoaktors (2)ein Produkt darstellt, das als Ergebnis der Multiplikation einerzwischen Anschlüssendes Piezoaktors (2) auftretenden Spannung mit einem inden Piezoaktor (2) hineinfließenden Ansteuerstrom erhaltenwird.
[27] Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach Anspruch 25 oder26, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert der elektrischen Lastsich nach dem Beginn der Ansteuerperiode des Piezoaktors (2)mit im wesentlichen linearer Zeitabhängigkeit ändert.
[28] Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach zumindest einemder Ansprüche18 bis 27, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: Einstellungeines in den Piezoaktor (2) in seiner Eigenschaft als elektrischesLadungsaufnahmeelement hineinfließenden Ansteuerstroms, und Einstellungeines aus dem Piezoaktor (2) in seiner Eigenschaft alselektrisches Ladungsabgabeelement herausfließenden Ansteuerstroms.
[29] Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach zumindest einemder Ansprüche18 bis 28, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt: Beendigungder Ansteuerperiode des Piezoaktors (2), wenn nach demBeginn der Ansteuerperiode des Piezoaktors (2) eine vorgegebeneZeitdauer vergangen ist.
[30] Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach zumindest einemder Ansprüche18 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannung von einerSpannungsversorgungseinrichtung (1) an die Anschlüsse desPiezoaktors (2) angelegt wird.
[31] Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach Anspruch 30, dadurchgekennzeichnet, dass in einer Aufladungsperiode des Piezoaktors(2) ein in einem einen positiven Anschluss der Spannungsversorgungseinrichtung(1) übereine Induktionsspule (301) mit einem positiven Anschlussdes Piezoaktors (2) verbindenden ersten Stromkreis (31)angeordneter Ladeschalter (4a) wiederholt eingeschaltetund abgeschaltet wird, im Einschaltzustand des Ladeschalters(4a) während derAufladungsperiode des Piezoaktors (2) über die Induktionsspule (301)und den ersten Stromkreis (31) dem Piezoaktor (2)ein Ladestrom zugeführtwird, der allmählichauf einen Spitzenwert ansteigt, und im Abschaltzustand desLadeschalters (4a) während derAufladungsperiode des Piezoaktors (2) über die Induktionsspule (301)und einen den positiven Anschluss des Piezoaktors (2) über dieInduktionsspule (301) zur Umgehung der Stromversorgungseinrichtung(1) mit Masse verbindenden zweiten Stromkreis (32)dem Piezoaktor (2) ein Ladestrom zugeführt wird, der in Bezug aufseinen Spitzenwert allmählich abfällt.
[32] Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach Anspruch 30, dadurchgekennzeichnet, dass währendeiner Entladungsperiode des Piezoaktors (2) ein Entladeschalter(4b) wiederholt eingeschaltet und abgeschaltet wird, derin einem zweiten Stromkreis (32) angeordnet ist, der denpositiven Anschluss des Piezoaktors (2) über dieInduktionsspule (301) zur Umgehung eines der Spannungsversorgungseinrichtung(1) parallel geschalteten Kondensators (12) undder Spannungsversorgungseinrichtung (1) mit Masse verbindet, imEinschaltzustand des Entladeschalters (4b) während derEntladungsperiode des Piezoaktors (2) ein in Bezug aufseinen Spitzenwert allmählichabnehmender Entladungsstrom von dem Piezoaktor (2) über dieInduktionsspule (301) und den zweiten Stromkreis (32)fließt,und im Abschaltzustand des Entladeschalters (4b) während derEntladungsperiode des Piezoaktors (2) ein in Bezug aufseinen Spitzenwert allmählichabnehmender Entladungsstrom von dem Piezoaktor (2) über dieInduktionsspule (301) und einen ersten Stromkreis (31)fließt,der einen positiven Anschluss des Piezoaktors (2) über dieInduktionsspule (301) mit einem positiven Anschluss desKondensators (12) verbindet.
[33] Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach Anspruch 31 oder32, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwert der elektrischen Lastdes Piezoaktors (2) mit einem den Sollwert zwischen sicheinschließendengrößeren Schwellenwertund kleineren Schwellenwert zur Bildung einer Hysteresecharakteristikin Bezug auf den Sollwert verglichen wird, der Ladeschalter(4a) oder der Entladeschalter (4b) abgeschaltetwird, wenn der Messwert den größeren Schwellenwert übersteigt,und der jeweils andere Ladeschalter (4a) oder Entladeschalter(4b) eingeschaltet wird, wenn der Messwert den kleinerenSchwellenwert unterschreitet.
[34] Piezoaktor-Ansteuerverfahren nach zumindest einemder Ansprüche30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass von der Spannungsversorgungseinrichtung(1) eine zwischen Anschlüssen einer Batterie (11)auftretende Spannung abgegeben wird.

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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JP2005039990A|2005-02-10|

引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2005-01-20| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|

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2009-12-31| 8131| Rejection|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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