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JP4148124B2 - Capacitive load element drive device - Google Patents
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JP4148124B2 - Capacitive load element drive device - Google Patents

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Description

本発明は、ピエゾ素子等よりなる容量負荷素子の駆動装置に関するものである。   The present invention relates to a drive device for a capacitive load element composed of a piezoelectric element or the like.

例えば車両用ディーゼルエンジンの燃料噴射装置として、ピエゾ駆動式のインジェクタを用いることが検討されている。このインジェクタを構成するピエゾスタックは、充電により伸長し放電により縮小する特性を有しており、ピエゾスタックの伸縮によりノズルニードルが開位置又は閉位置に移動しそれに伴いインジェクタの燃料噴射が行われる。ピエゾスタックへの充電及び放電は燃料噴射の開始指令と停止指令に応じて実施され、その際、いわゆるマルチスイッチング方式と称される充電及び放電方法により充電や放電が行われる。   For example, the use of a piezo-driven injector as a fuel injection device for a vehicle diesel engine has been studied. The piezo stack constituting the injector has a characteristic of extending by charging and contracting by discharging, and the nozzle needle moves to an open position or a closed position by expansion and contraction of the piezo stack, and accordingly, fuel injection of the injector is performed. Charging and discharging of the piezo stack are performed according to a fuel injection start command and a stop command, and charging and discharging are performed by a so-called multi-switching charging and discharging method.

マルチスイッチング方式の充電方法について簡単に説明する。充電時には、先ず電源部とピエゾスタックとの間に設けた充電スイッチをオンし、その後ピエゾスタックの充電電流が所定電流に達したら充電スイッチをオフする。このとき、1回目の充電スイッチのオン時間を記憶しておく。そして、ピエゾスタックの電流が0Aまで低下すると、1回目の充電時に記憶されたオン時間だけ充電スイッチをオンする。その後、電流が0Aに低下する度に前記1回目のオン時間に基づいて放電スイッチのオン/オフを繰り返し実行する。この充電方法によれば、時間当たりの充電エネルギが一定となり、ピエゾスタックの伸長量を適正に管理できるようになっていた。   A multi-switching charging method will be briefly described. At the time of charging, first, a charging switch provided between the power supply unit and the piezo stack is turned on, and then the charging switch is turned off when the charging current of the piezo stack reaches a predetermined current. At this time, the on-time of the first charging switch is stored. When the current of the piezo stack decreases to 0 A, the charge switch is turned on for the on time stored at the first charge. Thereafter, each time the current drops to 0 A, the discharge switch is repeatedly turned on / off based on the first on-time. According to this charging method, the charging energy per hour is constant, and the extension amount of the piezo stack can be appropriately managed.

一方、放電時には、放電開始に伴い放電スイッチをオンし、ピエゾスタックに蓄えられた電気エネルギを、当該ピエゾスタックに直列接続されたエネルギ蓄積コイルに放出する。その後、ピエゾスタックの放電電流が所定の遮断電流に達したら放電スイッチをオフし、前記エネルギ蓄積コイルのエネルギをダイオード等を介して電源部に回収させる。以降、その放電動作を繰り返し実行する。   On the other hand, at the time of discharge, the discharge switch is turned on as the discharge starts, and the electric energy stored in the piezo stack is discharged to the energy storage coil connected in series to the piezo stack. Thereafter, when the discharge current of the piezo stack reaches a predetermined cut-off current, the discharge switch is turned off, and the energy of the energy storage coil is recovered by the power supply unit via a diode or the like. Thereafter, the discharging operation is repeatedly executed.

また、特許文献1の容量負荷素子の放電装置では、容量負荷素子(ピエゾスタック)の放電エネルギを一定にして放電時間の変動を抑えるべく、放電時において放電スイッチをオフさせるための遮断電流を時間とともに上昇させるような構成を採用している。   Further, in the discharge device of the capacitive load element disclosed in Patent Document 1, the interruption current for turning off the discharge switch at the time of discharge is set to a time in order to suppress the fluctuation of the discharge time by making the discharge energy of the capacitive load element (piezo stack) constant. A configuration that raises it along with it is adopted.

しかしながら、既存の放電方法では次のような問題があった。すなわち、上記特許文献1のように放電開始後の時間とともに遮断電流を上昇させれば、概ねピエゾスタックの容量変化に追従する放電制御が可能となるが、現実には容量変化は予測できないことも多く、必ずしも所望の効果が得られない場合があると考えられる。よって、意に反して放電時間が変動してしまうおそれがあった。そのため、ピエゾスタックを高精度に駆動させるには更なる改良が望まれている。
特開2003−92438号公報
However, the existing discharge methods have the following problems. That is, if the cut-off current is increased with the time after the start of discharge as in Patent Document 1, it is possible to perform discharge control that substantially follows the capacity change of the piezo stack, but in reality the capacity change cannot be predicted. In many cases, the desired effect may not always be obtained. Therefore, the discharge time may fluctuate unexpectedly. Therefore, further improvement is desired to drive the piezo stack with high accuracy.
JP 2003-92438 A

本発明は、放電特性を適正化することにより容量負荷素子を精度良く駆動させることができる容量負荷素子の駆動装置を提供することを主たる目的とするものである。   The main object of the present invention is to provide a drive device for a capacitive load element that can accurately drive the capacitive load element by optimizing the discharge characteristics.

請求項1に記載の発明では、容量負荷素子の放電時において、スイッチ手段がオンされると容量負荷素子とエネルギ回収素子とが通電状態となり、容量負荷素子に一旦蓄えられたエネルギがエネルギ回収素子に回収される。その後、容量負荷素子の放電電流が遮断しきい値に達するとスイッチ手段がオフされると共に放電電流の低下後にスイッチ手段が再びオンされ、この放電動作が容量負荷素子の放電完了まで繰り返し実施される。この繰り返しの放電動作により、容量負荷素子のエネルギが全て放出される。また、本発明では特に、容量負荷素子の負荷電圧が検出され、該検出された負荷電圧に応じて遮断しきい値が可変設定されるようになっている。つまり、温度変動等により又は放電の進行に伴い容量負荷素子の容量が変化するとそれに起因して容量負荷素子の負荷電圧が変化し、放電完了までの時間(放電時間)が変動するが、本発明によれば、負荷電圧に応じて遮断しきい値が可変設定されるために容量変化にかかわらず放電時間の一定化が可能となる。故に、放電特性が適正化でき、容量負荷素子を精度良く駆動させることができるようになる。   According to the first aspect of the present invention, when the switch means is turned on during discharging of the capacitive load element, the capacitive load element and the energy recovery element are energized, and the energy once stored in the capacitive load element is stored in the energy recovery element. To be recovered. Thereafter, when the discharge current of the capacitive load element reaches the cutoff threshold, the switch means is turned off and the switch means is turned on again after the discharge current is lowered, and this discharge operation is repeatedly performed until the discharge of the capacitive load element is completed. . Through this repeated discharge operation, all the energy of the capacitive load element is released. In the present invention, in particular, the load voltage of the capacitive load element is detected, and the cutoff threshold is variably set according to the detected load voltage. In other words, when the capacitance of the capacitive load element changes due to temperature fluctuation or the like as the discharge progresses, the load voltage of the capacitive load element changes accordingly, and the time until discharge completion (discharge time) varies. Accordingly, since the cutoff threshold value is variably set according to the load voltage, the discharge time can be made constant regardless of the capacity change. Therefore, the discharge characteristics can be optimized, and the capacitive load element can be driven with high accuracy.

前記請求項1の発明では請求項2に記載したように、負荷電圧に応じて遮断しきい値が負帰還制御されると良い。すなわち、負荷電圧が高いと遮断しきい値を小さくし、負荷電圧が低いと遮断しきい値を大きくすると良い。こうした負帰還制御を実現することにより、遮断しきい値の最適化が可能となり、放電時間の変動を確実に抑えることができる。   In the first aspect of the present invention, as described in the second aspect, the cutoff threshold value is preferably negative feedback controlled in accordance with the load voltage. That is, when the load voltage is high, the cutoff threshold value is decreased, and when the load voltage is low, the cutoff threshold value is increased. By realizing such negative feedback control, it is possible to optimize the cutoff threshold, and to reliably suppress fluctuations in the discharge time.

請求項3に記載したように、容量負荷素子に蓄えられるエネルギ量一定となるようにして容量負荷素子の充電を実施する装置では、容量負荷素子の容量が小さいと負荷電圧が高くなり、容量負荷素子の容量が大きいと負荷電圧が低くなる。かかる場合には特に、上記の如く遮断しきい値を可変設定することにより、放電特性が良好に維持できるようになる。   According to the third aspect of the present invention, in the device that charges the capacitive load element so that the amount of energy stored in the capacitive load element is constant, the load voltage increases when the capacitance of the capacitive load element is small. When the capacitance of the element is large, the load voltage is lowered. In such a case, in particular, the discharge characteristics can be favorably maintained by variably setting the cutoff threshold as described above.

請求項4に記載の発明では、容量負荷素子の放電期間内において一定周期で出力されるクロック信号に同期させてスイッチ手段がオン又はオフされる。つまり、スイッチ手段のオン又はオフの間隔がクロック信号により規定される。この場合、エネルギ回収素子のエネルギ回収能力(例えばエネルギ蓄積コイルのインダクタンス)を大きくしたり、遮断しきい値を下げたりすることを行わなくても、放電を意図的に遅らせること等が可能となる。   In the invention according to claim 4, the switch means is turned on or off in synchronization with a clock signal output at a constant period within the discharge period of the capacitive load element. That is, the on / off interval of the switch means is defined by the clock signal. In this case, it is possible to intentionally delay discharge without increasing the energy recovery capability of the energy recovery element (for example, the inductance of the energy storage coil) or lowering the cutoff threshold. .

請求項5に記載の発明では、容量負荷素子の放電時において、スイッチ手段がオンされると容量負荷素子とエネルギ回収素子とが通電状態となり、容量負荷素子に一旦蓄えられたエネルギがエネルギ回収素子に回収される。スイッチ手段のオン後、容量負荷素子の放電電流が遮断しきい値に達するとスイッチ手段がオフされると共にその後クロック信号に同期させてスイッチ手段が再びオンされ、この放電動作が容量負荷素子の放電完了まで繰り返し実施される。この繰り返しの放電動作により、容量負荷素子のエネルギが全て放出される。この場合、スイッチ手段のオン又はオフの間隔がクロック信号により規定されるため、エネルギ回収素子のエネルギ回収能力(例えばエネルギ蓄積コイルのインダクタンス)を大きくしたり、遮断しきい値を下げたりすることを行わなくても、放電を意図的に遅らせること等が可能となる。故に、容量負荷素子を精度良く駆動させることができるようになる。   According to the fifth aspect of the present invention, when the switch means is turned on during discharging of the capacitive load element, the capacitive load element and the energy recovery element are energized, and the energy once stored in the capacitive load element is stored in the energy recovery element. To be recovered. After the switch means is turned on, when the discharge current of the capacitive load element reaches the cutoff threshold, the switch means is turned off, and then the switch means is turned on again in synchronization with the clock signal. Repeated until completion. Through this repeated discharge operation, all the energy of the capacitive load element is released. In this case, since the on / off interval of the switch means is defined by the clock signal, it is possible to increase the energy recovery capability of the energy recovery element (for example, the inductance of the energy storage coil) or lower the cutoff threshold. Even if it is not performed, it is possible to intentionally delay the discharge. Therefore, the capacitive load element can be driven with high accuracy.

前記請求項4,5の発明では請求項6に記載したように、クロック信号がHレベル又はLレベルの何れかとなる時にのみスイッチ手段のオン動作が許容されると良い。これにより、例えば、スイッチ手段がオフされた後に放電電流が十分に低下していても、クロック信号がスイッチ手段の能動レベルでなければスイッチ手段がオンされない。この場合、単に放電電流レベルに応じてスイッチ手段をオン/オフさせる構成とは異なり、スイッチ手段の作動待ち時間を持たせることができる。従って、スイッチ手段のスイッチング回数を低減させることが可能となり、回路損失の低減を図ることができる。   In the inventions of the fourth and fifth aspects, as described in the sixth aspect, it is preferable that the on-operation of the switch means is permitted only when the clock signal becomes either the H level or the L level. Thereby, for example, even if the discharge current is sufficiently reduced after the switch means is turned off, the switch means is not turned on unless the clock signal is at the active level of the switch means. In this case, unlike the configuration in which the switch means is simply turned on / off according to the discharge current level, it is possible to have an operation waiting time of the switch means. Therefore, it is possible to reduce the number of times of switching of the switch means, and it is possible to reduce circuit loss.

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、車両用ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射システムとして本発明を具体化しており、特に当該燃料噴射システムの燃料噴射弁としてピエゾ駆動式インジェクタを用いている。先ずは燃料噴射システムの構成を図3に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS An embodiment of the invention will be described below with reference to the drawings. The present embodiment embodies the present invention as a common rail fuel injection system for a diesel engine for vehicles, and particularly uses a piezo drive injector as a fuel injection valve of the fuel injection system. First, the configuration of the fuel injection system will be described with reference to FIG.

図3において、コモンレール10には高圧サプライポンプ11が接続されており、高圧サプライポンプ11の駆動に伴い燃料タンク12から燃料がくみ上げられ、噴射圧相当の高圧燃料がコモンレール10に連続的に蓄えられる。また、コモンレール10には、エンジンの各気筒に対応して設けられたインジェクタ13が接続されており、インジェクタ13の駆動に伴いコモンレール10内の高圧燃料が各気筒に噴射供給される(図3ではインジェクタ13を1つのみ図示している)。   In FIG. 3, a high-pressure supply pump 11 is connected to the common rail 10. Fuel is pumped from the fuel tank 12 as the high-pressure supply pump 11 is driven, and high-pressure fuel corresponding to the injection pressure is continuously stored in the common rail 10. . The common rail 10 is connected to an injector 13 provided corresponding to each cylinder of the engine, and the high pressure fuel in the common rail 10 is injected and supplied to each cylinder as the injector 13 is driven (in FIG. 3). Only one injector 13 is shown).

ECU20は、その都度のエンジン運転状態等に基づいて噴射信号TQを生成し、該噴射信号TQをインジェクタ駆動回路21に出力する。インジェクタ駆動回路21は、噴射信号TQに基づいてインジェクタ13による噴射開始及び噴射終了の時期を制御する。この場合、インジェクタ13はピエゾスタックの伸縮により噴射動作を行う構成となっており、前記噴射信号TQに基づきピエゾスタックが充電及び放電されることにより当該ピエゾスタックが伸縮し、燃料噴射が開始及び終了される。   The ECU 20 generates an injection signal TQ based on the engine operating state and the like each time, and outputs the injection signal TQ to the injector drive circuit 21. The injector drive circuit 21 controls the timing of the start and end of injection by the injector 13 based on the injection signal TQ. In this case, the injector 13 is configured to perform an injection operation by expansion and contraction of the piezo stack. When the piezo stack is charged and discharged based on the injection signal TQ, the piezo stack expands and contracts, and fuel injection starts and ends. Is done.

コモンレール10から各インジェクタ13に供給される燃料は、各気筒への噴射燃料として用いられる他にインジェクタ13の制御油圧としても用いられ、インジェクタ13から低圧のドレインライン14を経由して燃料タンク12に還流されるようにもなっている。コモンレール10には、燃料圧力を検出するための圧力センサ15が取り付けられている。ECU20は、圧力センサ15の出力に基づいて調整弁16の開度を制御してコモンレール10への燃料の圧送量を調整する。これにより、コモンレール10内の燃料圧が適正な圧力に保持されるようになっている。   The fuel supplied from the common rail 10 to each injector 13 is used not only as fuel injected into each cylinder but also as control hydraulic pressure of the injector 13. The fuel is supplied from the injector 13 to the fuel tank 12 via the low-pressure drain line 14. It is designed to be refluxed. A pressure sensor 15 for detecting the fuel pressure is attached to the common rail 10. The ECU 20 controls the opening degree of the adjustment valve 16 based on the output of the pressure sensor 15 to adjust the amount of fuel pumped to the common rail 10. As a result, the fuel pressure in the common rail 10 is maintained at an appropriate pressure.

インジェクタ13の構造を図4に基づいて説明する。インジェクタ13は棒状体をなしており、図中下側がエンジンの燃焼室壁を貫通して燃焼室内に突出するように取り付けられる。インジェクタ13は大別して、ノズル部31、背圧制御部32及びピエゾ駆動部33を備えている。   The structure of the injector 13 will be described with reference to FIG. The injector 13 has a rod-like body, and is attached so that the lower side in the drawing penetrates the combustion chamber wall of the engine and protrudes into the combustion chamber. The injector 13 is roughly divided and includes a nozzle unit 31, a back pressure control unit 32, and a piezo drive unit 33.

ノズル部31において、ニードル34は、大径部34aがノズルホルダ35内に摺動自在に支持されており、ノズルホルダ35の先端部に形成された環状シート部36にニードル34の先端円錐部34bが着座又は離座する構成となっている。ノズルホルダ35の内壁とニードル34との間に形成された燃料室37には、上述したコモンレール10から高圧通路38を介して高圧燃料が導入され、この燃料室37内に導入された燃料がニードル34の離座に伴い噴孔39から噴射される。ニードル34の段差面34cは燃料室37内の燃料圧により押されるため、ニードル34には常に上向き(離座方向)への力が作用している。   In the nozzle portion 31, the needle 34 has a large-diameter portion 34 a slidably supported in the nozzle holder 35, and a tip cone portion 34 b of the needle 34 is attached to an annular sheet portion 36 formed at the tip portion of the nozzle holder 35. Is configured to be seated or separated. High pressure fuel is introduced into the fuel chamber 37 formed between the inner wall of the nozzle holder 35 and the needle 34 through the high pressure passage 38 from the common rail 10 described above, and the fuel introduced into the fuel chamber 37 is fed into the needle. 34 is ejected from the nozzle hole 39 as the seat 34 is separated. Since the step surface 34 c of the needle 34 is pushed by the fuel pressure in the fuel chamber 37, an upward force (separating direction) is always applied to the needle 34.

ニードル34の上方には背圧室41が形成されており、この背圧室41には高圧通路38からインオリフィス42を介して燃料が高圧供給される。背圧室41に供給される高圧燃料はニードル上面に作用し、スプリング43と共にニードル34を下向き(着座方向)に付勢している。背圧室41内の圧力(背圧)は、後述するピエゾ駆動部33によって制御されるようになっている。   A back pressure chamber 41 is formed above the needle 34, and high pressure fuel is supplied to the back pressure chamber 41 from the high pressure passage 38 through the in-orifice 42. The high pressure fuel supplied to the back pressure chamber 41 acts on the upper surface of the needle, and urges the needle 34 downward (sitting direction) together with the spring 43. The pressure in the back pressure chamber 41 (back pressure) is controlled by a piezo drive unit 33 described later.

背圧室41は、アウトオリフィス44を介して弁室45に連通している。この弁室45は、天井面45aが上向きの円錐形状に形成されており、天井面45aの最上部で低圧室46と連通している。低圧室46は、低圧通路47を介して上述したドレインライン14に通じている。また、弁室45の底面45bは平坦面となっており、この底面45bには高圧通路38より分岐した高圧制御通路48が開口している。弁室45内には下面が水平にカットされたボール弁50が収容されている。このボール弁50は上下動可能な弁体であり、上昇時には球面が弁室45の天井面45aに着座することにより弁室45と低圧室46との連通が遮断され、下降時にはカット面が弁室45の底面45bに着座することにより弁室45と高圧制御通路48との連通が遮断される。   The back pressure chamber 41 communicates with the valve chamber 45 via the out orifice 44. This valve chamber 45 has a ceiling surface 45a formed in an upward conical shape, and communicates with the low pressure chamber 46 at the uppermost portion of the ceiling surface 45a. The low pressure chamber 46 communicates with the drain line 14 described above via the low pressure passage 47. The bottom surface 45b of the valve chamber 45 is a flat surface, and a high-pressure control passage 48 branched from the high-pressure passage 38 is opened on the bottom surface 45b. A ball valve 50 whose lower surface is cut horizontally is accommodated in the valve chamber 45. The ball valve 50 is a valve body that can move up and down. When the ball valve 50 is lifted, the spherical surface is seated on the ceiling surface 45a of the valve chamber 45 so that the communication between the valve chamber 45 and the low pressure chamber 46 is cut off. By sitting on the bottom surface 45 b of the chamber 45, the communication between the valve chamber 45 and the high-pressure control passage 48 is blocked.

図示の如くボール弁50が上昇して弁室45と低圧室46との連通が遮断されると、背圧室41が高圧状態で維持されるため、ニードル34の背圧が上昇してニードル34が着座する。逆に、ボール弁50が下降して弁室45と高圧制御通路48との連通が遮断されると、背圧室41が弁室45、低圧室46、低圧通路47を介してドレインライン14に連通し、結果的に背圧室41の圧力が低下するためにニードル34が離座する。   As shown in the figure, when the ball valve 50 is raised and the communication between the valve chamber 45 and the low pressure chamber 46 is interrupted, the back pressure chamber 41 is maintained in a high pressure state. Sit down. On the contrary, when the ball valve 50 is lowered and the communication between the valve chamber 45 and the high pressure control passage 48 is cut off, the back pressure chamber 41 is connected to the drain line 14 via the valve chamber 45, the low pressure chamber 46, and the low pressure passage 47. As a result, the pressure of the back pressure chamber 41 is lowered, and the needle 34 is separated.

ボール弁50は、ピエゾ駆動部33におけるピエゾスタック51の伸縮により下降又は上昇する。すなわち、低圧室46の上方には変位拡大室52が形成されており、この変位拡大室52内には大径ピストン53と小径ピストン54とが上下に分離して収容されている。大径ピストン53の上側には、容量負荷素子としてのピエゾ素子を多数積層してなるピエゾスタック51が配置されている。大径ピストン53は、その下方に配置したスプリング55によってピエゾスタック51に押しつけられており、ピエゾスタック51の伸縮量と同じだけ上下方向に変位する。また、小径ピストン54の下端部はボール弁50に当接している。変位拡大室52には燃料が充填されており、ピエゾスタック51の伸長によって上側の大径ピストン53が下降し、変位拡大室52の燃料が加圧されると、その加圧力によって下側の小径ピストン54が下方へ押し下げられる。この時、小径ピストン54は大径ピストン53よりも小径であるため、ピエゾスタック51の伸長量が拡大されて小径ピストン54に伝えられる。   The ball valve 50 is lowered or raised by the expansion and contraction of the piezo stack 51 in the piezo drive unit 33. That is, a displacement expansion chamber 52 is formed above the low pressure chamber 46, and a large diameter piston 53 and a small diameter piston 54 are accommodated separately in the displacement expansion chamber 52. On the upper side of the large-diameter piston 53, a piezo stack 51 formed by laminating a large number of piezo elements as capacitive load elements is disposed. The large-diameter piston 53 is pressed against the piezo stack 51 by a spring 55 disposed below the large-diameter piston 53 and is displaced in the vertical direction by the same amount as the expansion and contraction of the piezo stack 51. The lower end portion of the small diameter piston 54 is in contact with the ball valve 50. The displacement expansion chamber 52 is filled with fuel. When the piezo stack 51 is extended, the upper large-diameter piston 53 is lowered, and when the fuel in the displacement expansion chamber 52 is pressurized, the pressurizing force causes the lower small diameter. The piston 54 is pushed downward. At this time, since the small-diameter piston 54 has a smaller diameter than the large-diameter piston 53, the extension amount of the piezo stack 51 is expanded and transmitted to the small-diameter piston 54.

噴射開始時には、先ずインジェクタ駆動回路21による充電に伴いピエゾスタック51が伸長する。すると、大径ピストン53及び小径ピストン54が下降してボール弁50が押し下げられ、背圧室41の背圧が低下する。これにより、ニードル34が離座して燃料の噴射が開始される。また、噴射停止時には、インジェクタ駆動回路21による放電に伴いピエゾスタック51が収縮する。すると、大径ピストン53及び小径ピストン54が上昇してボール弁50の押し下げが解除される。ボール弁50には、高圧制御通路48から高圧燃料が作用しているため、ボール弁50が上昇して弁室45と低圧室46との連通が遮断される。すると、背圧室41の背圧が上昇し、ニードル34が着座して燃料の噴射が停止される。   At the start of injection, first, the piezo stack 51 expands with the charging by the injector drive circuit 21. Then, the large-diameter piston 53 and the small-diameter piston 54 are lowered, the ball valve 50 is pushed down, and the back pressure in the back pressure chamber 41 is reduced. As a result, the needle 34 is separated and fuel injection is started. Further, when the injection is stopped, the piezo stack 51 contracts with the discharge by the injector drive circuit 21. Then, the large-diameter piston 53 and the small-diameter piston 54 are raised, and the push-down of the ball valve 50 is released. Since high pressure fuel is acting on the ball valve 50 from the high pressure control passage 48, the ball valve 50 is raised and the communication between the valve chamber 45 and the low pressure chamber 46 is blocked. Then, the back pressure in the back pressure chamber 41 rises, the needle 34 is seated, and fuel injection is stopped.

次に、インジェクタ駆動回路21の電気的構成を図5に基づいて説明する。インジェクタ駆動回路21において、直流電源部60は、車載バッテリ61から数十〜数百Vの直流電圧を発生させるDC/DCコンバータ62と、このDC/DCコンバータ62に並列接続されたバッファコンデンサ63とを備える。バッファコンデンサ63は、比較的静電容量の大きなものであり、ピエゾスタック51の充電作動時にも一定の電圧を保つ構成を有する。   Next, the electrical configuration of the injector drive circuit 21 will be described with reference to FIG. In the injector drive circuit 21, the DC power supply unit 60 includes a DC / DC converter 62 that generates a DC voltage of several tens to several hundreds V from the in-vehicle battery 61, and a buffer capacitor 63 that is connected in parallel to the DC / DC converter 62. Is provided. The buffer capacitor 63 has a relatively large capacitance and has a configuration that maintains a constant voltage even when the piezo stack 51 is charged.

バッファコンデンサ63には、ピエゾスタック51の充電時にオン/オフされる充電スイッチ65と、同ピエゾスタック51の放電時にオン/オフされる放電スイッチ66とが並列接続されており、各スイッチ65,66に並列にダイオード67,68が接続されている。また、充電スイッチ65と放電スイッチ66との間の接続点にはエネルギ蓄積コイル69の一端が接続され、同エネルギ蓄積コイル69の他端は各ピエゾスタック51に接続されている。各ピエゾスタック51には、その都度駆動対象となるピエゾスタック51を選択するための選択スイッチ70とダイオード71とよりなる並列回路が接続されている。   The buffer capacitor 63 is connected in parallel with a charge switch 65 that is turned on / off when the piezo stack 51 is charged and a discharge switch 66 that is turned on / off when the piezo stack 51 is discharged. In parallel, diodes 67 and 68 are connected. One end of the energy storage coil 69 is connected to a connection point between the charge switch 65 and the discharge switch 66, and the other end of the energy storage coil 69 is connected to each piezo stack 51. Each piezo stack 51 is connected to a parallel circuit including a selection switch 70 and a diode 71 for selecting the piezo stack 51 to be driven each time.

充電スイッチ65、放電スイッチ66及び選択スイッチ70は、充放電制御部(図示しない)によってオン状態とオフ状態と切り替えられるものであり、MOSFET等の半導体スイッチング素子、又は機械的なリレースイッチ等により構成されている。なお本実施の形態では、放電スイッチ66が「スイッチ手段」に相当し、エネルギ蓄積コイル69が「エネルギ回収素子」に相当する。   The charge switch 65, the discharge switch 66, and the selection switch 70 are switched between an on state and an off state by a charge / discharge control unit (not shown), and are configured by a semiconductor switching element such as a MOSFET or a mechanical relay switch. Has been. In the present embodiment, the discharge switch 66 corresponds to “switch means”, and the energy storage coil 69 corresponds to “energy recovery element”.

上記構成のインジェクタ駆動回路21によるピエゾスタック51の充放電動作について説明する。先ずECU20により噴射信号TQがオンされると、充電スイッチ65がオンされ、その際に選択スイッチ70がオンされているピエゾスタック51に対して充電が開始される。この充電に際しては、マルチスイッチング方式として知られている周知の充電方法が用いられる。具体的には、ピエゾスタック51の充電電流が検出され、その充電電流が所定電流(例えば25A)に達したら充電スイッチ65がオフされる。このとき、1回目の充電スイッチ65のオン時間が記憶される。そして、ピエゾスタック51の電流が0Aまで低下すると、1回目の充電時に記憶されたオン時間だけ充電スイッチ65がオンされる。その後、電流が0Aに低下する度に前記1回目のオン時間に基づいて放電スイッチ65のオン/オフが繰り返される。この充電方法によれば、時間当たりの充電エネルギが一定となる。そのため、温度変動等によりピエゾスタック51の容量が変化しても、当該ピエゾスタック51に一定の電気エネルギを蓄えることができる。   The charging / discharging operation of the piezo stack 51 by the injector driving circuit 21 having the above configuration will be described. First, when the injection signal TQ is turned on by the ECU 20, the charging switch 65 is turned on, and charging is started for the piezo stack 51 in which the selection switch 70 is turned on. For this charging, a known charging method known as a multi-switching method is used. Specifically, the charging current of the piezo stack 51 is detected, and when the charging current reaches a predetermined current (for example, 25 A), the charging switch 65 is turned off. At this time, the first on-time of the charging switch 65 is stored. When the current of the piezo stack 51 decreases to 0 A, the charging switch 65 is turned on for the on time stored at the time of the first charging. Thereafter, each time the current decreases to 0 A, the discharge switch 65 is repeatedly turned on / off based on the first on-time. According to this charging method, the charging energy per time is constant. For this reason, even if the capacity of the piezo stack 51 changes due to temperature fluctuation or the like, a certain amount of electrical energy can be stored in the piezo stack 51.

また、ECU20により噴射信号TQがオフされると、放電スイッチ66のオン/オフ動作によりピエゾスタック51が放電される。このピエゾスタック51の放電に関しては本発明の特徴的な構成を含んでおり、以下に詳しく説明する。図1には、ピエゾスタック51の放電に関する回路構成を示している。図1に示す放電スイッチ制御回路80は充放電制御部の一部をなすものであり、この放電スイッチ制御回路80から出力される放電制御信号Toffにより放電スイッチ66がオン又はオフされるようになっている。本実施の形態では放電スイッチ制御回路80が「放電制御手段」及び「しきい値可変設定手段」に相当する。   When the injection signal TQ is turned off by the ECU 20, the piezo stack 51 is discharged by the on / off operation of the discharge switch 66. The discharge of the piezo stack 51 includes the characteristic configuration of the present invention and will be described in detail below. FIG. 1 shows a circuit configuration relating to the discharge of the piezo stack 51. The discharge switch control circuit 80 shown in FIG. 1 forms part of the charge / discharge control unit, and the discharge switch 66 is turned on or off by the discharge control signal Toff output from the discharge switch control circuit 80. ing. In the present embodiment, the discharge switch control circuit 80 corresponds to “discharge control means” and “threshold variable setting means”.

図1において、ピエゾスタック51には分圧抵抗75,76が並列に接続されており、この分圧抵抗75,76によりピエゾスタック51の電圧(以下、ピエゾ電圧Vpztという)が検出される。放電スイッチ制御回路80では、オペアンプ81の非反転入力端子にピエゾ電圧Vpztが入力される。オペアンプ81の出力端子はトランジスタ82のベースに接続され、同オペアンプ81の反転入力端子はトランジスタ82のエミッタに接続されている。また、定電圧源Vccには分圧抵抗83,84,85が直列接続されており、そのうち分圧抵抗83,84の接続点に前記トランジスタ82のコレクタが接続され、分圧抵抗84,85の接続点にコンパレータ87の非反転入力端子が接続されている。   In FIG. 1, voltage dividing resistors 75 and 76 are connected in parallel to the piezo stack 51, and a voltage of the piezo stack 51 (hereinafter referred to as a piezo voltage Vpzt) is detected by the voltage dividing resistors 75 and 76. In the discharge switch control circuit 80, the piezo voltage Vpzt is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 81. The output terminal of the operational amplifier 81 is connected to the base of the transistor 82, and the inverting input terminal of the operational amplifier 81 is connected to the emitter of the transistor 82. Further, voltage dividing resistors 83, 84, 85 are connected in series to the constant voltage source Vcc, and the collector of the transistor 82 is connected to the connection point of the voltage dividing resistors 83, 84, and the voltage dividing resistors 84, 85 are connected to each other. The non-inverting input terminal of the comparator 87 is connected to the connection point.

トランジスタ82のエミッタとグランド間には抵抗86が接続されており、抵抗86にはオペアンプ81の反転入力端子も接続されることにより、抵抗86の電圧はVpztになるよう制御される。そのため、抵抗86に流れる電流はVpztと抵抗86により規定され、定電圧源Vccから抵抗83とトランジスタ82を経由して流れることになる。その結果、Vpztの増加により抵抗83の電圧降下が大きくなり、分圧抵抗84,85の接続点の電圧が低下する。つまり、Vpztが増加すると同接続点の電圧(コンパレータ87の基準電圧)が低下するようになっている。   A resistor 86 is connected between the emitter of the transistor 82 and the ground, and the resistor 86 is also connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 81, whereby the voltage of the resistor 86 is controlled to be Vpzt. Therefore, the current flowing through the resistor 86 is defined by Vpzt and the resistor 86, and flows from the constant voltage source Vcc via the resistor 83 and the transistor 82. As a result, the voltage drop of the resistor 83 increases due to the increase of Vpzt, and the voltage at the connection point of the voltage dividing resistors 84 and 85 decreases. That is, as Vpzt increases, the voltage at the same connection point (the reference voltage of the comparator 87) decreases.

インジェクタ駆動回路21では、電流検出抵抗77によりピエゾスタック51の放電電流Idisが検出される構成となっており、コンパレータ87では、放電電流Idisの検出値(電圧変換値)と遮断しきい値である基準電圧とが比較される。この場合、Idis検出値が基準電圧よりも小さければコンパレータ出力がHレベルとなり、Idis検出値が基準電圧よりも大きければコンパレータ出力がLレベルとなる。なお、コンパレータ87はヒステリシスコンパレータであって、出力がHレベルの時にはハイ側の基準電圧VH1として分圧抵抗84,85の接続点の電圧が設定され、出力がLレベルの時にはロウ側の基準電圧VL1として0Vが設定されるようになっている。   The injector drive circuit 21 is configured to detect the discharge current Idis of the piezo stack 51 by the current detection resistor 77, and the comparator 87 has a detection value (voltage conversion value) of the discharge current Idis and a cutoff threshold value. The reference voltage is compared. In this case, if the Idis detection value is smaller than the reference voltage, the comparator output becomes H level, and if the Idis detection value is larger than the reference voltage, the comparator output becomes L level. The comparator 87 is a hysteresis comparator. When the output is at the H level, the voltage at the connection point of the voltage dividing resistors 84 and 85 is set as the high side reference voltage VH1, and when the output is at the L level, the low side reference voltage is set. 0V is set as VL1.

AND回路88には、コンパレータ87の出力、放電期間信号出力回路90の出力及びクロック生成回路91の出力が入力され、AND回路88は各入力の論理積を放電制御信号Toffとして出力する。放電期間信号出力回路90は、ECU20より出力される噴射信号TQがLレベルとなった後、一定時間だけHレベルとなる放電期間信号を出力する。クロック生成回路91は、放電期間内において一定周期のクロック信号を生成し出力する回路であり、その回路構成例を図2に示す。   The AND circuit 88 receives the output of the comparator 87, the output of the discharge period signal output circuit 90, and the output of the clock generation circuit 91. The AND circuit 88 outputs the logical product of each input as the discharge control signal Toff. The discharge period signal output circuit 90 outputs a discharge period signal that becomes H level for a predetermined time after the injection signal TQ output from the ECU 20 becomes L level. The clock generation circuit 91 is a circuit that generates and outputs a clock signal having a constant period within the discharge period. An example of the circuit configuration is shown in FIG.

図2に示すクロック生成回路91の構成及び動作を図6のタイムチャートを参照しながら説明する。ここで、図6は、ピエゾスタック51の放電動作を説明するためのタイムチャートであり、特に(a)〜(e)にクロック生成手順を示す。   The configuration and operation of the clock generation circuit 91 shown in FIG. 2 will be described with reference to the time chart of FIG. Here, FIG. 6 is a time chart for explaining the discharge operation of the piezo stack 51. In particular, (a) to (e) show the clock generation procedure.

図6において、タイミングt1で噴射信号TQがLレベルになると、それに伴い放電期間信号出力回路90が放電期間信号を一定時間だけHレベルとする。t1以降、放電期間信号の反転信号がLレベルとなることから、図2の構成においてトランジスタ103がオフとなる。そのため、定電流源101からコンデンサ102に定電流が流れ、コンデンサ電圧が次第に上昇する。このとき、コンパレータ104の出力はLレベルであり、トランジスタ105はオフしているためにクロック信号はHレベルとなっている。   In FIG. 6, when the injection signal TQ becomes L level at the timing t1, the discharge period signal output circuit 90 accordingly sets the discharge period signal to H level for a certain time. After t1, since the inverted signal of the discharge period signal becomes L level, the transistor 103 is turned off in the configuration of FIG. Therefore, a constant current flows from the constant current source 101 to the capacitor 102, and the capacitor voltage gradually increases. At this time, the output of the comparator 104 is at L level, and the transistor 105 is off, so that the clock signal is at H level.

コンパレータ104の基準電圧は、コンパレータ出力がLレベルであれば基準電圧がハイ側の基準電圧VH2とされ、コンパレータ出力がHレベルであれば基準電圧がロウ側の基準電圧VL2とされる。タイミングt3でコンデンサ電圧が基準電圧VH2に達すると、コンパレータ104の出力がHレベルになり、トランジスタ105,106が何れもオンとなる。よって、クロック信号がLレベルに反転する。またこのとき、コンパレータ104の基準電圧がハイ側のVH2からロウ側のVL2に切り替えられる。コンパレータ104の出力がHレベルになると、トランジスタ107がオンとなるために定電流が当該トランジスタ107を経由してグランドに流れ、コンデンサ電圧の上昇が停止される。また、カレントミラー回路部108を介してコンデンサ102が放電されるためにコンデンサ電圧が低下する。   The reference voltage of the comparator 104 is the high-side reference voltage VH2 if the comparator output is L level, and the reference voltage is the low-side reference voltage VL2 if the comparator output is H level. When the capacitor voltage reaches the reference voltage VH2 at timing t3, the output of the comparator 104 becomes H level, and both the transistors 105 and 106 are turned on. Therefore, the clock signal is inverted to L level. At this time, the reference voltage of the comparator 104 is switched from the high-side VH2 to the low-side VL2. When the output of the comparator 104 becomes H level, the transistor 107 is turned on, so that a constant current flows to the ground via the transistor 107, and the rise of the capacitor voltage is stopped. In addition, since the capacitor 102 is discharged through the current mirror circuit unit 108, the capacitor voltage decreases.

その後、タイミングt5でコンデンサ電圧が基準電圧VL2に達するとコンパレータ104の出力が再びLレベルとなり、各トランジスタ105〜107がオフとなる。そして、クロック信号がHレベルに立ち上げられる。以降、放電期間信号がLレベルとなるタイミングt6までの放電期間において、前述したようなコンデンサ電圧の上昇及び下降が繰り返され、それに伴い一定周期のクロック信号が出力される。   Thereafter, when the capacitor voltage reaches the reference voltage VL2 at timing t5, the output of the comparator 104 becomes L level again, and the transistors 105 to 107 are turned off. Then, the clock signal is raised to the H level. Thereafter, during the discharge period up to timing t6 when the discharge period signal becomes L level, the capacitor voltage is repeatedly increased and decreased as described above, and a clock signal having a constant period is output accordingly.

次に、図6のタイムチャートを用いてピエゾスタック51の放電動作を説明する。ここでは、前述したクロック信号波形と共に図6の(f)〜(i)に基づいて説明を行う。   Next, the discharge operation of the piezo stack 51 will be described using the time chart of FIG. Here, the description will be made based on (f) to (i) of FIG. 6 together with the clock signal waveform described above.

タイミングt1では、放電期間信号とクロック信号とが共にHレベルであって、更にIdis検出値が基準電圧VH1以下であるためにコンパレータ87の出力がHレベルとなっている。故に、放電制御信号ToffがHレベルとなり、放電スイッチ66がオンされる。これにより、ピエゾスタック51の放電が開始され、放電電流Idisが上昇し始める。つまり、ピエゾスタック51に蓄えられていた電気エネルギがエネルギ蓄積コイル69に回収されることでピエゾスタック51の放電が行われる。   At timing t1, both the discharge period signal and the clock signal are at the H level, and the Idis detection value is equal to or lower than the reference voltage VH1, so that the output of the comparator 87 is at the H level. Therefore, the discharge control signal Toff becomes H level, and the discharge switch 66 is turned on. Thereby, the discharge of the piezo stack 51 is started, and the discharge current Idis starts to rise. That is, the electrical energy stored in the piezo stack 51 is recovered by the energy storage coil 69, so that the piezo stack 51 is discharged.

その後、タイミングt2でIdis検出値が基準電圧VH1に達すると、コンパレータ87の出力がLレベルとなるために放電制御信号ToffがLレベルとなり、放電スイッチ66がオフされる。放電スイッチ66がオフされると、それまでにピエゾスタック51からエネルギ蓄積コイル69に転送された電気エネルギがダイオード67を介して流れ、バッファコンデンサ63に転送される。故に、放電電流Idisが低下する。なお、コンパレータ87の出力がLレベルとなった時点で基準電圧がVH1からVL1(0V)に切り替えられる。   Thereafter, when the Idis detection value reaches the reference voltage VH1 at timing t2, the output of the comparator 87 becomes L level, so that the discharge control signal Toff becomes L level, and the discharge switch 66 is turned off. When the discharge switch 66 is turned off, the electrical energy transferred from the piezo stack 51 to the energy storage coil 69 so far flows through the diode 67 and is transferred to the buffer capacitor 63. Therefore, the discharge current Idis decreases. The reference voltage is switched from VH1 to VL1 (0V) when the output of the comparator 87 becomes L level.

放電電流Idisの低下に伴いタイミングt4でIdis検出値が基準電圧VL1に達すると、コンパレータ87の出力がHレベルとなる。その後、クロック信号がHレベルとなるタイミングt5を待って放電制御信号ToffがHレベルとなり、放電スイッチ66がオンされる。以後、前記同様に、Idis検出値の変化とクロック信号に応じて放電制御信号Toffが生成され、放電スイッチ66がオン/オフされる。以上のように、放電スイッチ66はクロック信号の単位クロック当たり1回の割合でオン/オフされる。   When the Idis detection value reaches the reference voltage VL1 at timing t4 as the discharge current Idis decreases, the output of the comparator 87 becomes H level. Thereafter, after the timing t5 when the clock signal becomes H level, the discharge control signal Toff becomes H level, and the discharge switch 66 is turned on. Thereafter, similarly to the above, the discharge control signal Toff is generated according to the change in the Idis detection value and the clock signal, and the discharge switch 66 is turned on / off. As described above, the discharge switch 66 is turned on / off once per unit clock of the clock signal.

そして、放電が繰り返された後、ピエゾ電圧Vpztが0Vまで低下すると、ピエゾスタック51の放電が完了する。   Then, after the discharge is repeated, when the piezo voltage Vpzt is reduced to 0V, the discharge of the piezo stack 51 is completed.

図6では、ピエゾスタック51の放電が進むにつれて、ピエゾ電圧Vpztが次第に低下し、そのVpzt低下に伴いコンパレータ87の基準電圧VH1が図示の如く可変設定されるようになっている。つまり、ピエゾ電圧Vpztが高いとコンパレータ87の基準電圧VH1を低くし、ピエゾ電圧Vpztが低くなると同基準電圧VH1を高くするような負帰還制御が行われる。   In FIG. 6, as the discharge of the piezo stack 51 proceeds, the piezo voltage Vpzt gradually decreases, and the reference voltage VH1 of the comparator 87 is variably set as shown in the figure as the Vpzt decreases. That is, negative feedback control is performed such that when the piezo voltage Vpzt is high, the reference voltage VH1 of the comparator 87 is lowered, and when the piezo voltage Vpzt is low, the reference voltage VH1 is raised.

本実施の形態では、充電エネルギ量を一定にするよう充電制御が行われるため、ピエゾ容量が小さいとピエゾ電圧Vpztが高くなり、逆にピエゾ容量が大きいとピエゾ電圧Vpztが低くなる。かかる場合であっても、上記のようにコンパレータ87の基準電圧VH1が可変設定されることで、例えばピエゾ容量が小さくピエゾ電圧Vpztが高い時は、放電電流Idisが低く抑えられ放電が遅延される。また、ピエゾ容量が大きくピエゾ電圧Vpztが低い時は、放電電流Idisが高くなり放電が早められる。温度変化等によりピエゾ容量が変動する場合にも対処できる。これにより、ピエゾスタック51の容量変動にかかわらず放電時間が一定となり、放電特性が適正化できる。また、放電エネルギの一定化が可能となり、ピエゾ容量の変動時にもピエゾ変位量が一定となる。なお、放電エネルギはその変化を20%以内にすると良く、より望ましくは5%以内にすると良い。   In the present embodiment, since charging control is performed so that the amount of charging energy is constant, the piezo voltage Vpzt increases when the piezo capacity is small, and conversely, when the piezo capacity is large, the piezo voltage Vpzt decreases. Even in such a case, the reference voltage VH1 of the comparator 87 is variably set as described above. For example, when the piezo capacitance is small and the piezo voltage Vpzt is high, the discharge current Idis is kept low and the discharge is delayed. . Further, when the piezo capacity is large and the piezo voltage Vpzt is low, the discharge current Idis becomes high and the discharge is accelerated. It is also possible to cope with the case where the piezo capacity fluctuates due to temperature change or the like. Thereby, the discharge time is constant regardless of the capacity fluctuation of the piezo stack 51, and the discharge characteristics can be optimized. Further, the discharge energy can be made constant, and the amount of piezo displacement becomes constant even when the piezo capacity is changed. The change in the discharge energy is preferably within 20%, and more preferably within 5%.

図7は、本実施の形態における放電制御の効果を説明するための図面であり、(a)は基準電圧VH1を可変設定した本実施の形態のデータを、(b)は基準電圧VH1を一定とした従来技術のデータを、それぞれ示している。なお、図7には、放電開始から50μs間における放電エネルギ(50μs放電エネルギ)と、ピエゾスタック51に蓄積されたエネルギが90%放出されるまでの所要時間(90%放電時間)とをピエゾ容量に対応させて示している。   FIG. 7 is a diagram for explaining the effect of discharge control in the present embodiment. FIG. 7A shows data of the present embodiment in which the reference voltage VH1 is variably set, and FIG. 7B shows that the reference voltage VH1 is constant. The prior art data are shown respectively. In FIG. 7, the discharge energy (50 μs discharge energy) for 50 μs from the start of discharge and the time required for releasing 90% of the energy accumulated in the piezo stack 51 (90% discharge time) are shown in FIG. It shows corresponding to.

(b)に示すデータでは、50μs放電エネルギ、90%放電時間が共にピエゾ容量に応じて大小変化しており、ピエゾ容量が大きいほど50μs放電エネルギが大きくなり、90%放電時間が短くなる傾向にあることが分かる。これは、例えば温度変動によりピエゾ容量が変化した場合に、ピエゾスタック51の放電特性が一定しないことを意味する。これに対し(a)に示すデータでは、50μs放電エネルギ、90%放電時間が共にピエゾ容量に関係なくほぼ一定値となることが分かる。これは、例えば温度変動によりピエゾ容量が変化した場合にも、ピエゾスタック51の放電特性が一定化できることを意味する。   In the data shown in (b), both the 50 μs discharge energy and the 90% discharge time change depending on the piezo capacity. The larger the piezo capacity, the larger the 50 μs discharge energy and the shorter the 90% discharge time. I understand that there is. This means that the discharge characteristics of the piezo stack 51 are not constant when, for example, the piezo capacity changes due to temperature fluctuations. On the other hand, in the data shown in (a), it can be seen that both the 50 μs discharge energy and the 90% discharge time are substantially constant regardless of the piezoelectric capacity. This means that the discharge characteristics of the piezo stack 51 can be made constant even when the piezo capacity changes due to temperature fluctuation, for example.

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。   According to the embodiment described above in detail, the following excellent effects can be obtained.

ピエゾスタック51の放電に際し、ピエゾ電圧Vpztに応じてコンパレータ87の基準電圧VH1を可変設定し放電スイッチ66をオン/オフする構成としたため、放電時間を一定化させることができる。従って、放電特性が適正化でき、ピエゾスタック51を精度良く駆動させることができるようになる。ひいては燃料噴射量の制御精度が向上する。   When discharging the piezo stack 51, the reference voltage VH1 of the comparator 87 is variably set according to the piezo voltage Vpzt and the discharge switch 66 is turned on / off, so that the discharge time can be made constant. Accordingly, the discharge characteristics can be optimized and the piezo stack 51 can be driven with high accuracy. As a result, the control accuracy of the fuel injection amount is improved.

放電スイッチ制御回路80における負帰還制御部のみでピエゾ容量変動に対する補正が可能となるため、マイクロコンピュータ等による補正制御に比べ安価な構成が実現できる。   Since only a negative feedback control unit in the discharge switch control circuit 80 can correct the piezo capacitance variation, a low-cost configuration can be realized as compared with correction control using a microcomputer or the like.

ピエゾスタック51の放電期間内において一定周期で出力されるクロック信号に同期させて放電スイッチ66をオン又はオフするため、単に放電電流Idisに応じて放電スイッチ66をオン/オフさせる構成(単純に電流を挟み込む構成)とは異なり、放電スイッチ66の作動待ち時間(例えば図6のt4〜t5)を持たせることができる。従って、放電スイッチ66のスイッチング回数を低減させることが可能となり、回路損失の低減を図ることができる。また、エネルギ蓄積コイル69のインダクタンスを大きくしたり、基準電圧VH1を下げたりすることを行わなくても、放電を意図的に遅らせること等が可能となる。   In order to turn on or off the discharge switch 66 in synchronization with a clock signal output at a constant period within the discharge period of the piezo stack 51, a configuration in which the discharge switch 66 is simply turned on / off according to the discharge current Idis (simply current) Unlike the configuration in which the discharge switch 66 is sandwiched, an operation waiting time (for example, t4 to t5 in FIG. 6) of the discharge switch 66 can be provided. Therefore, it is possible to reduce the number of switching times of the discharge switch 66, and it is possible to reduce circuit loss. Further, it is possible to intentionally delay the discharge without increasing the inductance of the energy storage coil 69 or decreasing the reference voltage VH1.

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。   In addition, this invention is not limited to the content of description of the said embodiment, For example, you may implement as follows.

放電スイッチ制御回路80における負帰還量をピエゾ特性に合わせて変更し、適度な温度特性を持たせるようにしても良い。   The amount of negative feedback in the discharge switch control circuit 80 may be changed in accordance with the piezo characteristic so as to have an appropriate temperature characteristic.

上記実施の形態では、放電スイッチ制御回路80において、噴射信号TQのオフ後に一定時間Hレベルとなる放電期間信号をAND回路88に入力する構成としたが、この放電期間信号を用いない構成であって良い。つまり、AND回路88は、コンパレータ87の出力とクロック信号との論理積により放電制御信号Toffを出力する。本構成であっても同様の作用効果が得られる。   In the above embodiment, the discharge switch control circuit 80 is configured to input the discharge period signal that is at the H level for a certain period of time after the injection signal TQ is turned off to the AND circuit 88, but this discharge period signal is not used. Good. That is, the AND circuit 88 outputs the discharge control signal Toff by the logical product of the output of the comparator 87 and the clock signal. Similar effects can be obtained even with this configuration.

クロック信号出力手段としては図2のクロック生成回路91に限られず、他の構成であっても良い。要は、噴射信号TQのオフ後における放電期間内で一定周期でクロック信号を出力するものであれば良い。   The clock signal output means is not limited to the clock generation circuit 91 shown in FIG. 2, but may have other configurations. In short, what is necessary is just to output a clock signal with a fixed period within the discharge period after the injection signal TQ is turned off.

上記実施の形態では、ピエゾスタック51の放電時においてピエゾ電圧Vpztに応じてコンパレータ87の基準電圧VH1を可変設定すると共に、放電スイッチ66のオン/オフをクロック信号に同期させる構成としたが、クロック信号の同期を要件とせずに実現することも可能である。かかる構成であってもやはり、放電特性の適正化が可能となる。   In the above embodiment, the reference voltage VH1 of the comparator 87 is variably set according to the piezo voltage Vpzt when the piezo stack 51 is discharged, and the on / off of the discharge switch 66 is synchronized with the clock signal. It can also be realized without requiring signal synchronization. Even with such a configuration, it is possible to optimize the discharge characteristics.

放電制御手段やしきい値可変設定手段は、コスト面からして上記の如くハード回路により実現するのが望ましいが、マイクロコンピュータにより実現する構成であっても良い。例えば負荷電圧(ピエゾ電圧Vpzt)をマイクロコンピュータで検知し、その負荷電圧に応じてマイクロコンピュータの指令により遮断しきい値(基準電圧VH1)を変更する構成としても良い。   The discharge control means and the variable threshold value setting means are preferably realized by a hardware circuit as described above from the viewpoint of cost, but may be realized by a microcomputer. For example, the load voltage (piezo voltage Vpzt) may be detected by a microcomputer, and the cutoff threshold value (reference voltage VH1) may be changed according to a command from the microcomputer in accordance with the load voltage.

容量負荷素子としてのピエゾ素子(ピエゾスタック)を燃料噴射用インジェクタ以外に適用し、その駆動装置において本発明を具体化することも可能である。   It is also possible to apply the piezo element (piezo stack) as a capacitive load element to a drive device other than the fuel injection injector and to embody the present invention.

ピエゾスタックの放電に関する構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure regarding the discharge of a piezo stack. クロック生成回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of a clock generation circuit. 燃料噴射システムの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a fuel-injection system. インジェクタの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of an injector. インジェクタ駆動回路の電気的構成図である。It is an electrical block diagram of an injector drive circuit. ピエゾスタックの放電動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the discharge operation of a piezo stack. 実施の形態の効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect of embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

20…ECU、21…インジェクタ駆動回路、51…ピエゾスタック、66…放電スイッチ、69…エネルギ蓄積コイル、75,76…負荷電圧検出手段としての分圧抵抗、77…放電電流検出手段としての電流検出抵抗、80…放電スイッチ制御回路、91…クロック生成回路。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... ECU, 21 ... Injector drive circuit, 51 ... Piezo stack, 66 ... Discharge switch, 69 ... Energy storage coil, 75, 76 ... Voltage dividing resistance as load voltage detection means, 77 ... Current detection as discharge current detection means Resistance, 80 ... discharge switch control circuit, 91 ... clock generation circuit.

Claims (6)

温度容量特性を有する容量負荷素子を具備し、素子駆動に際して容量負荷素子の充電及び放電を制御する容量負荷素子の駆動装置において、
前記容量負荷素子に直列に接続され、該容量負荷素子に一旦蓄えられたエネルギを回収するエネルギ回収素子と、
前記容量負荷素子と前記エネルギ回収素子とを通電状態とする通電経路の途中に設けられ、当該通電経路を断続するスイッチ手段と、
前記容量負荷素子からの放電電流を検出する放電電流検出手段と、
前記容量負荷素子の放電に際し前記スイッチ手段のオン後に前記放電電流検出手段により検出した放電電流が遮断しきい値に達すると前記スイッチ手段をオフすると共に放電電流の低下後に前記スイッチ手段を再びオンし、この放電動作を前記容量負荷素子の放電完了まで繰り返し実施する放電制御手段と、
前記容量負荷素子の負荷電圧を検出する負荷電圧検出手段と、
前記検出した負荷電圧に応じて前記遮断しきい値を可変設定するしきい値可変設定手段と、
を備えたことを特徴とする容量負荷素子の駆動装置。
In a capacitive load element driving apparatus comprising a capacitive load element having temperature capacity characteristics and controlling charging and discharging of the capacitive load element during element drive,
An energy recovery element connected in series to the capacitive load element and recovering energy once stored in the capacitive load element;
Switch means provided in the middle of an energization path for energizing the capacitive load element and the energy recovery element, and for switching the energization path;
A discharge current detecting means for detecting a discharge current from the capacitive load element;
When discharging the capacitive load element, when the discharge current detected by the discharge current detection means reaches the cutoff threshold after the switch means is turned on, the switch means is turned off and the switch means is turned on again after the discharge current is reduced. Discharge control means for repeatedly performing this discharge operation until the discharge of the capacitive load element; and
Load voltage detecting means for detecting a load voltage of the capacitive load element;
Threshold variable setting means for variably setting the cutoff threshold according to the detected load voltage;
A drive device for a capacitive load element, comprising:
前記しきい値可変設定手段は、前記負荷電圧に応じて遮断しきい値を負帰還制御する請求項1記載の容量負荷素子の駆動装置。   2. The drive device for a capacitive load element according to claim 1, wherein the threshold value variable setting means performs negative feedback control of the cutoff threshold value according to the load voltage. 前記容量負荷素子に蓄えられるエネルギ量一定となるようにして前記容量負荷素子の充電を実施する充電制御手段を更に備えた請求項1又は2記載の容量負荷素子の駆動装置。   The drive device for a capacitive load element according to claim 1, further comprising charge control means for charging the capacitive load element so that the amount of energy stored in the capacitive load element is constant. 前記放電制御手段は、前記容量負荷素子の放電期間内において一定周期で出力されるクロック信号に同期させて前記スイッチ手段をオン又はオフする請求項1乃至3の何れかに記載の容量負荷素子の駆動装置。   The capacitive load element according to any one of claims 1 to 3, wherein the discharge control means turns on or off the switch means in synchronization with a clock signal output at a constant period within a discharge period of the capacitive load element. Drive device. 温度容量特性を有する容量負荷素子を具備し、素子駆動に際して容量負荷素子の充電及び放電を制御する容量負荷素子の駆動装置において、
前記容量負荷素子に直列に接続され、該容量負荷素子に一旦蓄えられたエネルギを回収するエネルギ回収素子と、
前記容量負荷素子と前記エネルギ回収素子とを通電状態とする通電経路の途中に設けられ、当該通電経路を断続するスイッチ手段と、
前記容量負荷素子からの放電電流を検出する放電電流検出手段と、
一定周期で生成されるクロック信号を出力するクロック信号出力手段と、
前記容量負荷素子の放電に際し前記スイッチ手段のオン後に前記放電電流検出手段により検出した放電電流が遮断しきい値に達すると前記スイッチ手段をオフすると共にその後前記クロック信号に同期させて前記スイッチ手段を再びオンし、この放電動作を前記容量負荷素子の放電完了まで繰り返し実施する放電制御手段と、
を備えたことを特徴とする容量負荷素子の駆動装置。
In a capacitive load element drive device comprising a capacitive load element having temperature capacity characteristics and controlling charging and discharging of the capacitive load element during element drive,
An energy recovery element connected in series to the capacitive load element and recovering energy once stored in the capacitive load element;
Switch means provided in the middle of an energization path for energizing the capacitive load element and the energy recovery element, and for switching the energization path;
A discharge current detecting means for detecting a discharge current from the capacitive load element;
Clock signal output means for outputting a clock signal generated at a constant period;
When discharging the capacitive load element, when the discharge current detected by the discharge current detecting means reaches the cutoff threshold after the switch means is turned on, the switch means is turned off and then the switch means is synchronized with the clock signal. A discharge control means which is turned on again and repeatedly performs this discharge operation until the discharge of the capacitive load element is completed;
A drive device for a capacitive load element, comprising:
前記クロック信号は一定周期でHレベル又はLレベルとなる2値信号であり、前記放電制御手段は、クロック信号がHレベル又はLレベルの何れかとなる時にのみ前記スイッチ手段のオン動作を許容する請求項4又は5記載の容量負荷素子の駆動装置。   The clock signal is a binary signal that becomes an H level or an L level at a constant period, and the discharge control means allows the switch means to be turned on only when the clock signal becomes an H level or an L level. Item 6. The capacitive load element drive device according to Item 4 or 5.
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