(57)【要約】少なくとも二つのシリンダを備えた内燃機関、例えばディーゼル機関のための燃料噴射装置が提供される。この燃料噴射装置は少なくとも２つのアクチュエータ素子を有し、各シリンダには燃料をシリンダに噴射するためのアクチュエータ素子が少なくとも１つずつ配属されている。またこの燃料噴射装置はアクチュエータ素子の駆動制御時に衝突を監視および／または解消するための噴射制御部を有する。この噴射制御部はアクチュエータ素子を噴射時の噴射素子の充電エッジおよび／または放電エッジに依存して早めおよび／または遅めに駆動制御するまたは駆動制御しない。
2005522614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのシリンダを備えた内燃機関、例えばディーゼル機関のための燃料噴射装置であって、
少なくとも２つのアクチュエータ素子を有し、各シリンダには燃料をシリンダに噴射するためのアクチュエータ素子が少なくとも１つずつ配属されており、前記アクチュエータ素子の駆動制御時に衝突を監視および／または解消するための噴射制御部を有する、燃料噴射装置において、
前記噴射制御部は前記アクチュエータ素子を噴射時の噴射素子の充電エッジおよび／または放電エッジに依存して早めおよび／または遅めに駆動制御するまたは駆動制御しないことを特徴とする、燃料噴射装置。
【請求項２】
前記アクチュエータ素子は圧電素子である、請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記アクチュエータ素子は磁石弁である、請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
少なくとも２つのシリンダを備えた内燃機関、例えばディーゼル機関のための燃料噴射装置であって、
少なくとも２つの圧電素子を有し、各シリンダには前記圧電素子の充電または放電によって燃料をシリンダに噴射するための圧電素子が少なくとも１つずつ配属されており、前記圧電素子には該圧電素子を充電または放電するための唯一の供給ユニットが配属されており、一方の圧電素子が充電または放電されるべき時間間隔と他方の圧電素子が充電または放電されるべき時間間隔との起こりうる交差を監視する噴射制御部を有し、少なくとも２つの噴射には、１つの噴射に少なくとも１つの別の噴射（低優先噴射）よりも高い優先順位（高優先噴射）が割り当てられるように異なる優先順位を割り当てられている、燃料噴射装置において、
前記噴射制御部は同一の優先順位または異なる優先順位の噴射を、噴射時の噴射素子の充電エッジおよび／または放電エッジに依存して、一方の圧電素子が充電または放電されるべき場合に他方の圧電素子が充電されないように早めおよび／または遅めにシフトするおよび／またはキャンセルすることを特徴とする、燃料噴射装置。
【請求項５】
少なくとも２つのシリンダを備えた内燃機関のための燃料噴射装置、例えば請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射装置の動作方法であって、
前記燃料噴射装置は少なくとも２つのアクチュエータ素子を有し、各シリンダには燃料をシリンダに噴射するためのアクチュエータ素子が少なくとも１つずつ配属されており、起こりうる衝突を前記アクチュエータ素子の駆動制御時に監視および／または解消する、燃料噴射装置の動作方法において、
前記アクチュエータ素子を噴射時の噴射素子の充電エッジおよび／または放電エッジの時間経過に依存して早めおよび／または遅めに駆動制御するまたは全く駆動制御しないことを特徴とする、燃料噴射装置の動作方法。
【請求項６】
少なくとも２つのシリンダを備えた内燃機関のための燃料噴射装置、例えば請求項４記載の燃料噴射装置の動作方法であって、
前記燃料噴射装置は少なくとも２つの圧電素子を有し、各シリンダには前記圧電素子の充電または放電によって燃料をシリンダに噴射する圧電素子が少なくとも１つずつ配属されており、前記圧電素子には該圧電素子を充電または放電するための供給ユニットが配属されており、一方の圧電素子が充電または放電されるべき時間間隔と、他方の圧電素子が充電または放電されるべき時間間隔とが交差するか否かを監視する、燃料噴射装置の動作方法において、
同一の優先順位または異なる優先順位を有する噴射を、噴射時の噴射素子の充電エッジおよび／または放電エッジに依存して、一方の圧電素子が充電または放電されるべき場合に他方の圧電素子が充電されないように早めおよび／または遅めにシフトするおよび／またはキャンセルすることを特徴とする燃料噴射装置の動作方法。
【請求項７】
前記シフトを前記噴射の優先順位に依存して行う、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記シフトを前記噴射の優先順位に依存せずに行う、請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記シフトを少なくとも２つの噴射のオーバラップの種類に依存して行う、請求項６から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記シフトを少なくとも２つの噴射のオーバラップの種類に依存せずに行う、請求項６から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
前記シフトを前記噴射のタイプ（パイロット噴射、メイン噴射、ポスト噴射）に依存して行う、請求項６から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記シフトを先行するシフトに依存して行う、請求項６から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
シングル一次衝突またはシングル二次衝突時には以下の措置：
ａ）低優先エッジを早めにシフト、または、
ｂ）低優先エッジを遅めにシフト、または、
ｃ）高優先エッジを早めにシフト、または、
ｄ）高優先エッジを遅めにシフト、または、
ｅ）高優先エッジを早めにシフト、同時に低優先エッジを遅めにシフト、または、
ｆ）高優先エッジを遅めにシフト、同時に低優先エッジを早めにシフト、または、
ｇ）高優先エッジを遅めにシフト、同時に低優先エッジを遅めにシフト、または、
ｈ）高優先エッジを早めにシフト、同時に低優先エッジを早めにシフト、
のうちの１つの措置に基づき前記シフトを行う、請求項５から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記オーバラップに関与しないエッジを早めまたは遅めにシフトする、またはそのままにする、請求項５から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
マルチ一次衝突またはマルチ二次衝突時には以下の周辺条件：
ａ）オーバラップするエッジそれぞれを早めまたは遅めにシフトできる；
ｂ）オーバラップする全てのエッジをシフトする必要はない；
ｃ）シフト後は以前オーバラップしていたエッジはオーバラップしておらず、一方の圧電素子が充電または放電されるべき時間間隔は、他方の圧電素子が充電または放電されるべき時間間隔と交差しない；
ｄ）付加的に、オーバラップに関与しないエッジを早めまたは遅めにシフトできる、
の遵守下で前記シフトを行う、請求項５から１４までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つのシリンダを備えた内燃機関、例えばディーゼル機関のための燃料噴射装置に関し、ここで燃料噴射装置は少なくとも２つのアクチュエータ素子を有し、各シリンダにはシリンダに燃料を噴射するためのアクチュエータ素子が少なくとも１つずつ配属されている。本発明はさらにそのような燃料噴射装置の動作方法に関する。
【０００２】
ＤＥ  １００  ３３  ３４３  Ａ１から、アクチュエータ素子の駆動制御においてコンフリクトを監視および／または解消するための噴射制御部、例えばピエゾアクチュエータの重複する噴射経過のコンフリクトマネージメントを有する、内燃機関例えばディーゼル機関のための燃料噴射装置が公知である。
【０００３】
ピエゾコモンレールアクチュエータにおいては同時に１つの制御エッジしか実現することができない。しかしながら燃焼技術的な理由から、補完的なバンクの駆動制御を噴射が重複するように適用することが必要である。このことは圧電素子の充電エッジ／放電エッジがオーバラップする部分を有さない場合には、ＤＥ  １００  ３３  ３４３  Ａ１から公知である、圧電素子を相互接続するための回路装置により可能となる。エッジがオーバラップする場合にはＤＥ  １００  ３３  ３４３  Ａ１から明らかにされている燃料噴射装置では、優先順位の低い駆動制御（以下では低優先制御と称する）がシフトされる、または短縮される。
【０００４】
しかしながらＤＥ  １００  ３３  ３４３  Ａ１によれば低優先の噴射時にはただ１つの反応しか行われない。すなわち、一方のアクチュエータが充電または放電されるべき間は他方のアクチュエータが充電されないような低優先の噴射の短縮、または異なるアクチュエータの噴射エッジがオーバラップしないような低優先の噴射のシフト、または異なる噴射のエッジとオーバラップしないような低優先の噴射の遅延である。
【０００５】
本発明の課題は、内燃機関のための燃料噴射装置および燃料噴射装置の動作方法を、任意の衝突、例えば優先順位の等しい噴射の衝突も回避されるようにさらに発展させることである。
【０００６】
この課題は冒頭で述べたような内燃機関のための燃料噴射装置においては、噴射制御部がアクチュエータ素子を噴射時の噴射素子の充電エッジおよび／または放電エッジに依存して早めおよび／または遅めに駆動制御するまたは駆動制御しないことによって解決される。
【０００７】
さらにこの課題は、少なくとも２つのシリンダを有する内燃機関、例えばディーゼル機関のための燃料噴射装置によって、噴射制御が低い優先順位を有する少なくとも１つの噴射および／または高い優先順位を有する少なくとも１つの噴射を、噴射時の噴射素子の充電エッジおよび／または放電エッジに依存して早めおよび／または遅めにシフトするおよび／またはキャンセルすることによって解決される。ここで前述の燃料噴射装置は少なくとも２つの圧電素子を有し、各シリンダには圧電素子の充電または放電によってシリンダに燃料を噴射するための圧電素子が少なくとも１つずつ配属されており、圧電素子には圧電素子を充電または放電するための唯一の供給ユニットが配属されており、燃料噴射装置はさらに、一方の圧電素子が充電または放電されるべき時間間隔と、他方の圧電素子が充電または放電されるべき時間間隔との起こりうる交差を監視するための噴射制御部を有し、また少なくとも２つの噴射には、１つの噴射に少なくとも１つの噴射（低優先噴射）よりも高い優先順位（高優先噴射）が割り当てられているように異なる優先順位が割り当てられる。
【０００８】
さらにこの課題は本発明によれば請求項５記載の方法ならびに請求項６記載の方法により解決される。
【０００９】
本発明の有利な実施形態においては、シフトが噴射の優先順位に依存して行われる。
【００１０】
しかしながら本発明の別の有利な実施形態においては、シフトを優先順位に依存せずに行うこともできる。
【００１１】
さらにはシフトを噴射のタイプに依存して、すなわちパイロット噴射、メイン噴射またはポスト噴射であるかに依存して行うことができる。
【００１２】
本発明の別の有利な実施形態においてはシフトを先行するシフトに依存して行うことができる。
【００１３】
さらにシフトを少なくとも２つの噴射のオーバラップの種類に依存してまたは依存せずに行うことができる。
【００１４】
シングル一次衝突時、すなわち他のエッジペアがオーバラップしないときに、同一の優先順位または異なる優先順位を有する任意の２つのエッジがオーバラップする場合には、以下のシフトが可能である：
ａ）優先順位の低いエッジ（低優先エッジ）を早めにシフトする、または
ｂ）低優先エッジを遅めにシフトする、または、
ｃ）優先順位の高いエッジ（高優先エッジ）を早めにシフトする、または、
ｄ）高優先エッジを遅めにシフトする、または、
ｅ）高優先エッジを早めにシフトし、同時に低優先エッジを遅めにシフトする、または、
ｆ）高優先エッジを遅めにシフトし、同時に低優先エッジを早めにシフトする、または、
ｇ）高優先エッジを遅めにシフトし、同時に低優先エッジを遅めにシフトする、または、
ｈ）高優先エッジを早めにシフトし、同時に低優先エッジを早めにシフトする、
この際一方の圧電素子が充電または放電されるべき時間間隔は、他方の圧電素子が充電または放電されるべき時間間隔とは交差しない。
【００１５】
本発明の別の実施形態においては、オーバラップに関与しないエッジは早めまたは遅めにシフトされるか、シフトせずにそのままにされる。例えば高優先エッジに属する噴射または低優先エッジに属する噴射は、その都度因果関係がありうる限り実施できない。
【００１６】
マルチ一次衝突時、すなわち３つまたは４つの任意のエッジが関連的にオーバラップする場合、例えば４つのエッジがオーバラップする場合、これらのエッジは関連してまたは別個にオーバラップし、以下のシフトが行われる：
ａ）オーバラップするエッジそれぞれを早めまたは遅めにシフトできる。
ｂ）オーバラップする全てのエッジをシフトする必要はない。
ｃ）付加的に、オーバラップに関与しないエッジが早めまたは遅めにシフトされる。
【００１７】
本発明のさらなる利点、特徴および詳細は後続の実施例の説明および図面から明らかになる。
【００１８】
図面において、
図１は従来技術から公知である圧電素子の接続を示し、
図２ａは圧電素子の充電を示し、
図２ｂは圧電素子の充電を示し、
図２ｃは圧電素子の放電を示し、
図２ｄは圧電素子の放電を示し、
図３は駆動制御ＩＣを示し、
図４は従来技術から公知の割込みの時間的なシーケンスを示し、
図５は２つの噴射のオーバラップするエッジの組み合わせを概略的に示し、
図６は優先順位の割り当てを概略的に示し、
図７はエッジのシングル一次衝突時のシフトの措置を示す。
【００１９】
図１は圧電素子１０、２０、３０、４０、５０、６０ならびにこれらの圧電素子を駆動制御するための手段を示す。ここではＡの領域が詳細に示されており、Ｂの領域は詳細には示されていない。これらの領域は破線ｃで示されているように分けられている。詳細に示された領域Ａは圧電素子１０、２０、３０、４０、５０および６０を充電および放電するための回路を包含する。考察する例においては圧電素子１０、２０、３０、４０、５０および６０は内燃機関の燃料噴射弁（殊にいわゆるコモンレールインジェクタ）内のアクチュエータである。説明する実施形態においては、内燃機関の６つのシリンダを独立して制御するために、６つの圧電素子１０、２０、３０、４０、５０および６０が使用される。しかしながら他の任意の目的のためには、別の任意の数の圧電素子が適しているであろう。
【００２０】
詳細には示されていない領域Ｂは、制御装置Ｄと駆動制御ＩＣＥとを備えた噴射制御部Ｆを包含し、この噴射制御部Ｆは詳細に示された領域Ａ内の素子を制御するために使用される。駆動制御ＩＣＥには圧電素子の残りの制御回路全体からの電圧および電流の種々の測定値が供給される：本発明によれば制御計算機Ｄおよび駆動制御ＩＣＥは圧電素子に対する制御電圧ならびに制御時間を制御するために構成されている。制御計算機Ｄおよび／または駆動制御ＩＣＥは同様に、圧電素子の制御回路全体の種々の電圧および電流を監視するために構成されている。
【００２１】
以下の説明においては先ず詳細に示された領域Ａ内の個々の素子を説明する。次に圧電素子１０、２０、３０、４０、５０および６０の充電過程および放電過程の一般的な説明が続く。最後に、２つの過程が制御計算機Ｄおよび駆動制御ＩＣＥによってどのように制御され、また監視されるかを詳細に記述する。
【００２２】
圧電素子１０、２０、３０、４０、５０および６０は第１のグループＧ１と第２のグループＧ２に分割されており、これらのグループはそれぞれ３つの圧電素子を含む（すなわち、グループＧ１内には圧電素子１０、２０および３０、グループＧ２内には圧電素子４０、５０および６０）。グループＧ１およびグループＧ２は並列接続された回路部の構成部分である。グループ選択スイッチ３１０、３２０を用いて、圧電素子１０、２０および３０のグループＧ１ないし圧電素子４０、５０および６０のグループＧ２のいずれのグループがそれぞれ共通の充放電装置を用いて放電されるかを決定することができる（しかしながら充電過程に関しては、以下においてさらに詳述するが、グループ選択スイッチ３１０、３２０は重要ではない）。第１のグループＧ１の圧電素子１０、２０および３０は１つのアクチュエータバンクに配置されており、第２のグループＧ２内の圧電素子４０、５０および６０は別のアクチュエータバンクに配置されている。アクチュエータバンクとして１つのブロックが表されており、このブロックには２つまたはそれ以上のアクチュエータ素子、例えば圧電素子が固定的に配置されている、例えば鋳込まれている。
【００２３】
グループ選択スイッチ３１０、３２０はコイル２４０とそれぞれのグループＧ１およびＧ２（コイル側の端子）との間に配置されており、トランジスタとして実現されている。ドライバ３１１、３２１が実装されており、これらのドライバは駆動制御ＩＣＥから受信する制御信号を電圧に変換し、この電圧は要求に応じて回路の開閉のために選定することができる。
【００２４】
グループ選択スイッチ３１０、３２０に並列にして（グループ選択ダイオードとも称される）ダイオード３１５ないし３２５が設けられている。グループ選択スイッチ３１０、３２０がＭＯＳＦＥＴないしＩＧＢＴとして実施されている場合には、例えばこれらのグループ選択ダイオード３１５および３２５を寄生ダイオード自体によって形成することができる。充電過程の間にグループ選択スイッチ３１０、３２０がダイオード３１５、３２５によって橋絡される。したがってグループ選択スイッチ３１０、３２０の機能は、単に放電過程に関して圧電素子１０、２０および３０のグループＧ１ないし圧電素子４０、５０および６０のグループＧ２のうちの１つのグループの選択に制限される。
【００２５】
グループＧ１ないしグループＧ２において圧電素子１０、２０および３０ないし４０、５０および６０は、それぞれ並列接続されている圧電分岐１１０、１２０および１３０（グループＧ１）および１４０、１５０および１６０（グループＧ２）の構成部分として配置されている。各圧電分岐は１つの圧電素子１０、２０、３０、４０、５０ないし６０と（分岐抵抗と称される）１つの抵抗１３、２３、３３、４３、５３ないし６３とを備えた第１の並列回路、ならびにトランジスタ１１、２１、３１、４１、５１ないし６１として実施されている（分岐選択スイッチと称される）１つの選択スイッチと（分岐ダイオードと称される）１つのダイオード１２、２２、３２、４２、５２ないし６２とを有する第２の並列回路から構成されている。
【００２６】
分岐抵抗１３、２３、３３、４３、５３ないし６３は、容量性の圧電素子１０、２０、３０、４０、５０ないし６０の２つの端子と相互接続されているので、それぞれ対応する圧電素子１０、２０、３０、４０、５０ないし６０が充電過程中および充電過程後に継続的に放電するよう作用する。しかしながら分岐抵抗１３、２３、３３、４３、５３ないし６３は、後述するように、被制御の充電過程および放電過程に比べこの過程を緩慢に成すために十分な大きさを有する。したがって、任意の圧電素子１０、２０、３０、４０、５０ないし６０の電荷を充電過程後の関連する時間内では不変とみなすことができる。
【００２７】
個々の圧電分岐１１０、１２０、１３０、１４０、１５０ないし１６０における分岐選択スイッチ／分岐ダイオードペア、すなわち圧電分岐１１０における選択スイッチ１１とダイオード１２、圧電分岐１２０における選択スイッチ２１とダイオード２２らは、寄生ダイオードを有する電子スイッチ、例えばＭＯＳＦＥＴないしＩＧＢＴ（すなわちトランジスタ）として実現することができる（前述したようにこの電子スイッチに関してはグループ選択スイッチ／ダイオードペア３１０および３１５ないし３２０および３２５を示している）。
【００２８】
分岐選択スイッチ１１、２１、３１、４１、５１ないし６１を用いて、圧電素子１０、２０、３０、４０、５０ないし６０のいずれの圧電素子がそれぞれ共通の充放電装置を用いて充電されるかを決定することができる：後述する充電過程の間に所属の分岐選択スイッチ１１、２１、３１、４１、５１ないし６１が閉じられている圧電素子は全てそれぞれ充電される。
【００２９】
分岐ダイオード１２、２２、３２、４２、５２および６２は放電過程中に分岐選択スイッチ１１、２１、３１、４１、５１ないし６１を橋絡するために使用される。したがって考察する例においては、充電過程に関してはそれぞれ１つの圧電素子を選択することができ、放電過程に関しては圧電素子１０、２０および３０の第１のグループＧ１か、圧電素子４０、５０および６０の第２のグループＧ２かを選択する必要がある、もしくは両方のグループを選択する必要がある。
【００３０】
圧電素子１０、２０、３０、４０、５０および６０自体に再び立ち返るが、分岐選択圧電端子１５、２５、３５、４５、５５ないし６５は分岐選択スイッチ１１、２１、３１、４１、５１ないし６１を用いるか、対応するダイオード１２、２２、３２、４２、５２ないし６２を介して、ならびにこれらの分岐選択スイッチおよびダイオード両方を介する場合において付加的に抵抗３００を介してアースに置かれる。抵抗３００を用いて圧電素子１０、２０、３０、４０、５０および６０の充電および放電の間に分岐選択圧電端子１５、２５、３５、４５、５５ないし６５とアースとの間に流れる電流が測定される。これらの電流の知識は圧電素子１０、２０、３０、４０、５０および６０の被制御の充電および放電を可能にする。例えば電流の絶対値に依存して充電スイッチ２２０ないし放電スイッチ２３０を閉じ、また開くことによって、充電電流ないし放電電流を所定の平均値に調節することができる、および／または、これらの充電電流ないし放電電流が所定の最大値および／または最小値を上回るないし下回ることを回避できる。
【００３１】
考察する例においては、測定自体のために例えば５ＶＤＣの電圧を供給する電圧源６２１と、２つの抵抗６２２および６２３の形態の電圧分配器とが必要である。したがって駆動制御ＩＣＥ（測定を実施する）は負の電圧から保護されるべきであり、さもなければこの負の電圧が測定点６２０において発生する可能性があり、またこの負の電圧は駆動制御ＩＣＥによっては抑制することができない：このような負の電圧は前述の電圧源６２１と電圧分配器抵抗６２２および６２３から供給される正の電圧を加えることによって変化される。
【００３２】
それぞれの圧電素子１０、２０、３０、４０、５０および６０の別の端子、すなわちそれぞれのグループ選択圧電端子１４、２４、３４、４４、５４ないし６４をグループ選択スイッチ３１０ないし３２０またはグループ選択ダイオード３１５ないし３２５を介して、ならびにコイル２４０と充電スイッチ２２０および充電ダイオード２２１からなる並列回路とを介して電圧源の正極に接続することができ、また択一的ないし付加的にグループ選択スイッチ３１０ないし３２０またはダイオード３１５ないし３２５を介して、ならびにコイル２４０と放電スイッチ２３０および放電ダイオード２３１からなる並列回路とを介してアースに置くことができる。充電スイッチ２２０および放電スイッチ２３０は例えばトランジスタとして実現されており、このトランジスタはドライバ２２２ないし２３２を介して制御することができる。
【００３３】
電圧源はコンデンサ２１０を包含する。コンデンサ２１０はバッテリ２００（例えば自動車のバッテリ）および後置接続されている直流電圧変換器２０１によって充電される。直流電圧変換器２０１はバッテリ電圧（例えば１２Ｖ）を本質的に任意の別の直流電圧（例えば２５０Ｖに変換し、コンデンサをこの電圧に充電する。直流電圧変換器２０１の制御はトランジスタスイッチ２０２および抵抗２０３を介して行われ、この抵抗２０３は測定点６３０において取り出される電流の測定に使用される。
【００３４】
相互制御を目的として駆動制御ＩＣＥによって、ならびに抵抗６５１、６５２および６５３および例えば５Ｖの直流電圧源６５４によって測定点６５０における別の電流測定が可能となる。さらには駆動制御ＩＣＥによって、ならびに電圧分配抵抗６４１および６４２によって測定点６４０における電圧測定が可能となる。
【００３５】
（総放電抵抗と称される）抵抗３３０、（停止スイッチと称される）スイッチ３３１ならびに（総放電ダイオードと称される）ダイオード３３２は最終的に、（圧電素子が通常動作ではなく、以下説明するように、「通常の」放電過程によっては放電されない場合には）圧電素子１０、２０、３０、４０、５０ならびに６０の放電に使用される。停止スイッチ３３１は有利には「通常の」放電過程（放電スイッチ２３０を介する周期的な放電）後に閉じられ、これによって圧電素子１０、２０、３０、４０、５０および６０は抵抗３３０および３００を介してアースに置かれる。したがって、場合によっては圧電素子１０、２０、３０、４０、５０および６０内にとどまっているそれぞれの残留電圧が除去される。総放電ダイオード３３２は状況によっては負の電圧によって損傷される可能性のある圧電素子１０、２０、３０、４０、５０および６０における負の電圧の発生を回避する。
【００３６】
全ての圧電素子１０、２０、３０、４０、５０および６０ないし特定の圧電素子１０、２０、３０、４０、５０ないし６０の充電および放電は（全てのグループおよびその圧電素子に共通の）唯一の充放電装置を用いて行われる。考察する例においては、共通の充放電装置はバッテリ２００、直流電圧変換器２０１、コンデンサ２１０、充電スイッチ２２０および放電スイッチ２３０、充電ダイオード２２１および放電ダイオード２３１ならびにコイル２４０を包含する。
【００３７】
各圧電素子の充電および放電は同じやり方で行われるので、以下では第１の圧電素子１０のみを参照して説明する。
【００３８】
充電および放電過程の間に生じる状態を図２Ａから図２Ｄに関連して説明する。図面のうち図２Ａおよび図２Ｂは圧電素子１０の充電を示し、図２Ｃおよび図２Ｄは圧電素子１０の放電を示す。
【００３９】
充電ないし放電すべき１つまたは複数の圧電素子１０、２０、３０、４０、５０ないし６０ないし１０、２０、３０、４０、５０および６０の選択の制御、以下説明する充電過程ならびに放電過程は駆動制御ＩＣＥおよび制御装置Ｄによって、上述したスイッチ１１、２１、３１、４１、５１、６１；３１０、３２０；２２０、２３０および３３１のうちの１つまたは複数のスイッチを開くないし閉じることによって行われる。一方では詳細に示した領域Ａ内の素子間の相互作用、他方では駆動制御ＩＣＥと制御計算器Ｄの相互作用を以下ではさらに詳述する。
【００４０】
充電過程に関しては、先ず充電すべき１つの圧電素子１０、２０、３０、４０、５０ないし６０を選択する必要がある。第１の圧電素子１０のみを充電するために、第１の分岐１１０の分岐選択スイッチ１１が閉じられ、他方ではその他の全ての分岐選択スイッチ２１、３１、４１、５１および６１は開かれたままである。他の任意の圧電素子２０、３０、４０、５０、６０のうちの１つだけを充電するために、ないし複数の圧電素子を同時に充電するためには、スイッチの選択を相応の分岐選択スイッチ２１、３１、４１、５１および／または６１を閉じることにより行えばよい。
【００４１】
次に充電過程自体を行うことができる。
【００４２】
考察する例においては、充電過程のために一般的にコンデンサ２１０と第１の圧電素子１０のグループ選択圧電端子１４との間の正の電位差が必要である。しかしながら充電スイッチ２２０および放電スイッチ２３０が開かれている限り、圧電素子１０の充電ないし放電は行われない。この状態においては図１に表されている回路は定常状態にあり、すなわち圧電素子１０はその電荷状態を本質的には変化させずに維持し、この際電流は流れない。
【００４３】
第１の圧電素子１０を充電するためにスイッチ２２０が閉じられる。これによって論理的には第１の圧電素子１０のみを充電することができる。しかしながらこのことは、関連する素子を損傷させる虞のある過度に大きな電流を流すことになりかねない。したがって、測定点６２０に生じる電流が測定され、スイッチ２２０は検出された電流が所定の限界値を上回ると即座に再び開かれる。したがって第１の圧電素子１０において任意の電荷を達成するために、放電スイッチ３５０が開かれている間に充電スイッチ２２０が反復的に開閉される。
【００４４】
より詳細に考察すると、充電スイッチ２２０が閉じられている場合には、図２Ａに示されている関係が生じ、すなわち圧電素子１０、コンデンサ２１０およびコイル２４０からなる直列回路を包含する閉成された回路が生じ、この際回路には図２Ａにおいて矢印によって示されているように電流ｉＬＥ（ｔ）が流れる。この電流の流れに基づき、第１の圧電素子１０のグループ選択圧電端子１４に正の電荷が供給され、またコイル２４０においてはエネルギが蓄積される。
【００４５】
充電スイッチ２２０が閉じられた直後（例えば数μｓ）に開かれる場合には、図２ｂに示されているような関係が生じる：圧電素子１０、放電ダイオード２３１およびコイル２４０からなる直列回路を包含する閉成された回路が生じ、この際回路には図２Ｂにおいて矢印によって示されているように電流ＩＬＡ（ｔ）が流れる。この電流の流れに基づき、コイル２４０に蓄積されているエネルギが圧電素子１０に流れる。圧電素子１０へのエネルギ供給に応じて、この圧電素子１０において生じる電圧が上昇し、圧電素子１０の外形寸法が拡大する。コイル２４０から圧電素子１０にエネルギ供給が行われる場合には、図１に示されており、既に説明した回路の定常状態が再び達成される。
【００４６】
この時点においてないし（充電過程の所望の時間プロファイルに応じて）この時点よりも早めまたは遅めに、充電スイッチ２２０が新たに閉じられ、また再び開かれることにより、前述の行程が新たに行われる。充電スイッチ２２０を新たに閉じ、また新たに開くことによって圧電素子１０に蓄積されるエネルギが上昇し（圧電素子１０に既に蓄積されているエネルギと新たに供給されるエネルギが加算される）、圧電素子１０において生じる電圧が上昇し、この圧電素子１０の外形寸法が相応に拡大する。
【００４７】
充電スイッチ２２０の上述した開閉が何度も繰り返される場合には、圧電素子１０において生じる電圧の上昇ならびに圧電素子１０の拡張は段階的に行われる。
【００４８】
充電スイッチ２２０が所定の回数開閉された場合および／または圧電素子１０が所望の充電状態に達した場合には、圧電素子１０の充電は充電スイッチ２２０を開いたままにすることによって終了される。
【００４９】
放電過程に関しては、考察する例においてはグループ（Ｇ１およびＧ２）内の圧電素子１０、２０、３０、４０、５０および６０が以下のように放電される。
【００５０】
先ず、圧電素子が放電されるべきグループＧ１および／またはＧ２のグループ選択スイッチ３１０および／または３２０が閉じられる（分岐選択スイッチ１１、２１、３１、４１、５１、６１は放電過程に関して圧電素子１０、２０、３０、４０、５０、６０の選択に何ら影響を有さない。何故ならばこれらの分岐選択スイッチはこの場合ダイオード１２、２２、３２、４２、５２および６２によって橋絡されるからである）。したがって第１のグループＧ１の一部である圧電素子１０を放電するために、第１のグループ選択スイッチ３１０が閉じられる。
【００５１】
放電スイッチ２３０が閉じられると、図２Ｃに示されている関係が生じる：圧電素子１０およびコイル２４０からなる直列回路を包含する閉成された回路が生じ、この際回路には図２Ｃにおいて矢印によって示されているように電流ＩＥＥ（ｔ）が流れる。この電流の流れに基づき圧電素子に蓄積されているエネルギ（エネルギの一部）がコイル２４０に伝送される。圧電素子１０からコイル２４０へのエネルギ伝送に応じて、圧電素子１０において生じる電圧が降下し、また圧電素子の外形寸法が縮小する。
【００５２】
放電スイッチ２３０が閉じられた直後（例えば数μｓ）に開かれる場合には、図２Ｄに示されている関係が生じる：圧電素子１０、コンデンサ２１０、充電ダイオード２２１およびコイル２４０からなる直列回路を包含する閉成された回路が生じ、この際回路には図２Ｄにおいて矢印によって示されているように電流ＩＥＡ（ｔ）が流れる。この電流の流れに基づき、コイル２４０に蓄積されているエネルギはコンデンサ２１０に再び供給される。コイル２４０からコンデンサ２１０へのエネルギ伝送が行われる場合には、図１に示されており既に説明した回路の定常状態が再び達成される。
【００５３】
この時点においてないし（放電過程の所望の時間プロファイルに応じて）この時点より早めにまたは遅めに、放電スイッチ２３０は新たに閉じられて、また再び開かれることにより、前述の行程が新たに行われる。放電スイッチ２３０を新たに閉じ、また新たに開くことによって圧電素子１０に蓄積されているエネルギはさらに低減し、また同様に相応にして圧電素子に生じる電圧が降下し、圧電素子の外形寸法は縮小する。
【００５４】
上述した放電スイッチ２３０の開閉が何度も繰り返される場合には、圧電素子１０において生じる電圧の降下ならびに圧電素子１０の縮小は段階的に行われる。
【００５５】
放電スイッチ２３０が所定の回数開閉された場合および／または圧電素子が所望の充電状態に達した場合には、圧電素子の放電は放電スイッチ２３０を開いたままにすることによって終了される。
【００５６】
一方では駆動制御ＩＣＥと制御計算器Ｄとの相互作用、他方では詳細に示した領域Ａ内部の素子間の相互作用は制御信号によって生じ、この制御信号は分岐選択制御線４１０、４２０、４３０、４４０、４５０、４６０、グループ選択制御線５１０、５２０、停止スイッチ制御線５３０、充電スイッチ制御線５４０および放電スイッチ制御線５５０ならびに制御線５６０を介して、詳細に示した領域Ａ内の素子に駆動制御ＩＣＥから供給される。他方では詳細に示した領域Ａにおける測定点６００、６１０、６２０、６３０、６４０、６５０においてセンサ信号が検知され、このセンサ信号はセンサ線路７００、７１０、７２０、７３０、７４０、７５０を介して駆動制御ＩＣＥに供給される。
【００５７】
前述したような相応のスイッチの開閉による単一または複数の圧電素子１０、２０、３０、４０、５０、６０の充電過程ないし放電過程の実施に関して圧電素子１０、２０、３０、４０、５０ないし６０を選択するために、トランジスタのベースには制御線路を用いて電圧が印加される、ないし印加されない。センサ信号を用いて例えば、測定点６００ないし６１０に基づく圧電素子１０、２０および３０ないし４０、５０および６０に生じた電圧の検出ならびに測定点６２０に基づく充電電流および放電電流の検出が行われる。
【００５８】
図３には駆動制御ＩＣＥ内に包含されている構成素子すなわち論理回路８００、メモリ８１０、ディジタル・アナログ変換モジュール８２０ならびに比較モジュール８３０が示されている。さらには、（制御信号のために使用される）高速なパラレルバス８４０が駆動制御ＩＣＥの論理回路８００と接続されており、他方では低速なシリアルバス８５０がメモリ８１０と接続されている。論理回路８００はメモリ８１０、比較モジュール８３０ならびに信号線路４１０、４２０、４３０、４４０、４５０および４６０；５１０および５２０；５３０、５４０、５５０および５６０と接続されている。さらには、ディジタルアナログ変換モジュール８２０は比較モジュール８３０と接続されている。それに加え、比較モジュール８３０はセンサ線路７００および７１０、７２０、７３０、７４０および７５０、また上述したように、論理回路８００と接続されている。
【００５９】
圧電素子の噴射は、例えば図４から明らかなように、充電エッジおよび放電エッジによって特徴づけられている。以下では充電エッジを開始エッジＢとして表し、放電エッジを終了エッジＥと表す。これは前述したように、圧電素子においてはただ１つの充電エッジまたは放電エッジしか同時に発生させることができないという構想的に条件付けられた制限である。したがってオーバラップが識別された場合には規定のストラテジに従い応答しなければならない。先ず、図５に概略的に示されているような２つの噴射のオーバラップするエッジの任意の組み合わせから出発する。
【００６０】
可能なストラテジは以下の措置の任意の組み合わせである。
【００６１】
１．図６から見て取れるように、４つのエッジに任意の優先順位が割り当てられる。この際４つ全てのエッジは、
ａ）異なる優先順位を有する。または、
ｂ）部分的に異なる優先順位を有する。または、
ｃ）同一の優先順位を有する。
【００６２】
２．以下ではシングル一次衝突時の措置を記述する。シングル一次衝突とは、同時に他のエッジペアがオーバラップしないときの同一の優先順位または異なる優先順位を有する任意の２つのエッジのオーバラップを表す。この場合以下のシフトが考えられる：
ａ）低優先エッジを早めにシフトする、または、
ｂ）低優先エッジを遅めにシフトする、または、
ｃ）高優先エッジを早めにシフトする、または、
ｄ）高優先エッジを遅めにシフトする、または、
ｅ）高優先エッジを早めにシフトし、同時に低優先エッジを遅めにシフトする、または、
ｆ）高優先エッジを遅めにシフトし、同時に低優先エッジを早めにシフトする、または、
ｇ）高優先エッジを遅めにシフトし、同時に低優先エッジを遅めにシフトする、または、
ｈ）高優先エッジを早めにシフトし、同時に低優先エッジを早めにシフトする。
この結果一方の圧電素子が充電または放電されるべき時間間隔は他方の圧電素子が充電または放電されるべき時間間隔とは交差しない。
【００６３】
２つのエッジの優先順位が等しい場合には、任意のやり方で高優先の噴射または低優先の噴射を早めまたは遅めにシフトすることができる。
【００６４】
早めにシフトされたエッジが開始エッジである場合には、措置は噴射の早めへのシフトに相当し、その限りにおいて所属の終了エッジは同量早めにシフトされる。
【００６５】
早めにシフトされたエッジが終了エッジである場合には、措置は噴射持続時間の短縮に相当し、その限りにおいて所属の開始エッジは変化せずそのままである。
【００６６】
遅めにシフトされたエッジが開始エッジである場合には、措置は噴射の遅めへのシフトに相当し、その限りにおいて所属の終了エッジは同量遅めにシフトされる。
【００６７】
遅めにシフトされたエッジが終了エッジである場合には、措置は噴射持続時間の延長に相当し、その限りにおいて所属の開始エッジは変化せずそのままである。さらには付加的に、オーバラップに関与しないエッジを早めまたは遅めにシフトすることが可能である。考えられる全ての組み合わせが図７に示されている。
【００６８】
オーバラップするエッジが２つとも早めにシフトされる場合には、シフトの度合いは異なっていなければならず、同様のことがオーバラップするエッジが２つとも遅めにシフトされる場合にも該当する。
【００６９】
３．シングル二次衝突時の措置
シングル二次衝突とは、同時に他のエッジペアがオーバラップしないときの、一次衝突のシフトに起因する、同一の優先順位または異なる優先順位を有する２つの任意のエッジのオーバラップを意味する。この場合、シングル一次衝突の場合と同じシフト措置が可能である。シングル二次衝突における措置は、さらなる後続の衝突が生じないように選択されるべきである。さもなければ三次または高次の衝突が考えられ、これらの衝突には一次衝突および二次衝突への反応に応じて反応しなければならない。
【００７０】
４．マルチ一次衝突時の措置
マルチ一次衝突とは３つまたは４つの任意のエッジの関連的なオーバラップを表す。４つのエッジがオーバラップする場合には、これらのエッジは関連してオーバラップするか、別個にオーバラップする可能性がある。この際以下の周辺条件を遵守しながらシフトのための任意の措置が考えられる：
ａ）オーバラップするエッジそれぞれを早めまたは遅めにシフトすることができる。
ｂ）オーバラップする全てのエッジをシフトする必要はない。
ｃ）シフト後は以前オーバラップしていたエッジはオーバラップしておらず、その結果一方の圧電素子が充電または放電されるべき時間間隔は、他方の圧電素子が充電または放電されるべき時間間隔とは交差しない。
ｄ）付加的に、オーバラップに関与しないエッジを早めにまたは遅めにシフトすることができる。
【００７１】
５．マルチ二次衝突時の措置
マルチ二次衝突とは、一次衝突のシフトのための措置に起因する３つまたは４つの任意のエッジのオーバラップを表す。この際マルチ一次衝突と同じ措置が可能である。マルチ二次衝突時の措置は、さらなる後続の衝突が生じないように有意であるべきである。さもなければ三次または高次の衝突が考えられ、これらの衝突には一次衝突および二次衝突への反応と同様に反応しなければならない。
【００７２】
６．これらの措置の変形が可能であり、上記２．から５．において述べたシフトのための措置の他に、さらに以下のことを考慮することができる：
ａ）シフトを選択する際に優先順位だけでなく、時間的に重複する噴射のタイプも考慮する；
ｂ）シフトを選択する際に、考察するオーバラップの種類と同一および／または異なるオーバラップの種類において過去のシフトを考慮する；
ｃ）高優先エッジに属する噴射を、因果関係がありうる限り実施しない；
ｄ）低優先エッジに属する噴射は、因果関係がありうる限り実施しない；
ｅ）例えば短縮時に目標量を達成するために、１つまたは複数の噴射を付加する；
ｆ）噴射が早めまたは遅めにシフトされるおよび／または短縮ないし延長される場合には、オーバラップに関与しない他の１つ又は複数の噴射が同じやり方または異なるやり方で変化され、つまり例えば第１のポスト噴射が変更される場合には、続く関連性の無い第２のポスト噴射を変更することができる。噴射は状況に応じて実施しなくても良い。さらには、２つ以上の噴射のエッジがオーバラップする、ないし措置によって別の噴射との衝突が生じることも考えられる。ここでもまた上記４．のａ）からｄ）において述べたシフトの措置が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】従来技術から公知の圧電素子の相互接続を示す。
【図２ａ】圧電素子の充電を示す。
【図２ｂ】圧電素子の充電を示す。
【図２ｃ】圧電素子の放電を示す。
【図２ｄ】圧電素子の放電を示す。
【図３】駆動制御ＩＣを示す。
【図４】従来技術から公知の割込みの時間的なシーケンスを示す。
【図５】２つの噴射のオーバラップするエッジの組み合わせを概略的に示す。
【図６】優先順位の割当を概略的に示す。
【図７】エッジのシングル一次衝突時のシフトの措置を示す。
【図１】
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【図２Ａ】
2005522614.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2005522614.tif 000007
【図３】
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【図４】
2005522614.tif 000009
【図５】
2005522614.tif 000010
【図６】
2005522614.tif 000011
【図７】
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【国際調査報告】
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2005522614.tif 000014
2005522614.tif 000015
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