(57)【要約】本発明は、電圧源から給電され、２つの端子（Ｂ１、Ｂ２）の間に、少なくとも１つの直流出力電圧（ｖｓ）を発生するＤＣ−ＤＣコンバータを有し、これらの端子に並列に、ブリッジの少なくとも１つのアームが接続され、このアームは交互に操作可能な直列の２つのブリッジ開閉器によって構成され、アームの中央点は、共振インダクタンスと直列な少なくとも１つのアクチュエータによって構成される負荷を介して、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力の２つの端子へ交互に接続されることを特徴とする、直流電圧源の制御計算機から電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置に関する。
2005525772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧源による、制御計算機から電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置において、電圧源から給電され、２つの端子（Ｂ１、Ｂ２）の間に、少なくとも１つの直流出力電圧（ｖｓ）を発生するＤＣ−ＤＣコンバータを有し、上記端子に並列に、ブリッジの少なくとも２つのアームが接続され、各上記アームは交互に操作可能な直列の２つの開閉器によって構成され、上記アームの中央点は、共振インダクタンスと直列な少なくとも１つのアクチュエータによって構成される負荷を介して、上記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力の２つの上記端子へ交互に接続されることを特徴とする、電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
【請求項２】
上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、単一の直流出力電圧（ｖｓ）を発生し、上記制御装置は、交互に操作可能な２つのブリッジ開閉器から構成される、ブリッジの少なくとも１つの第１のアームと、各々が交互に操作可能な２つのブリッジ開閉器から構成され、上記ＤＣ−ＤＣコンバータの２つの上記端子（Ｂ１、Ｂ２）の間に、上記第１のアームと並列に設置された、ブリッジの少なくとも２つの第２のアームとを含んでなり、各上記第１のアームの中央点は、共振インダクタンスに接続された少なくとも１つのアクチュエータ（Ｉｉ）によって構成される負荷を介して、少なくとも１つの上記第２のアームの中央点へ接続されることを特徴とする、請求項１に記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
【請求項３】
上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、単一の直流出力電圧（ｖｓ）を発生し、上記制御装置は、上記ＤＣ−ＤＣコンバータの２つの上記端子（Ｂ１、Ｂ２）の間に並列に設置され、各々が交互に操作可能な２つのブリッジ開閉器（ｐ１、ｐ２）、（ｐ１′、ｐ２′）から構成された２つの上記第１のアームと、各々が２つのブリッジ開閉器（ｐ３、ｐ４）、（ｐ３′、ｐ４′）からそれぞれ構成された２つの上記第２のアームとを含んでなり、各上記第１のアームの中央点（ｊ１１，ｊ１２）は、交互に負荷インダクタンス（Ｌ１、Ｌ２）へ接続される、並列な２つの上記アクチュエータ（Ｉｉ）によって構成される負荷を介して、上記第２のアームの中央点（ｊ２１、ｊ２２）へ接続されることを特徴とする、請求項２に記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
【請求項４】
上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、単一の直流出力電圧（ｖｓ）を発生し、上記制御装置は、上記ＤＣ−ＤＣコンバータの２つの上記端子（Ｂ１、Ｂ２）の間に並列に設置され、交互に操作可能な２つのブリッジ開閉器（ｐ１、ｐ２）から構成されたブリッジの１つの上記第１のアームと、２つのブリッジ開閉器（ｐ３ｊ、ｐ４ｊ）からそれぞれ構成されたブリッジの２つの第２のアームとを含んでなり、上記第１のアームの中央点（ｊ１）は、交互に負荷インダクタンス（Ｌ）へ接続される、並列な２つのアクチュエータ（Ｉｉ）によって構成される負荷を介して、上記第２のアームの中央点（ｊ２ｊ）へ接続されることを特徴とする、請求項２に記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
【請求項５】
上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、単一の直流出力電圧（ｖｓ）を発生し、上記制御装置は、上記ＤＣ−ＤＣコンバータの２つの上記端子（Ｂ１、Ｂ２）の間に並列に設置され、交互に操作可能な２つのブリッジ開閉器（ｐ１、ｐ２）から構成されたブリッジの１つの第１のアームと、２つのブリッジ開閉器（ｐ１ｉ、ｐ２ｉ）からそれぞれ構成されたブリッジの４つの第２のアームとを含んでなり、上記第１のアームの中央点（ｊ１）は、負荷インダクタンス（Ｌｉ）へ接続されたアクチュエータ（Ｉｉ）によって構成される負荷を介して、上記第２のアームの中央点（ｊ２ｉ）へ接続されることを特徴とする、請求項２に記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
【請求項６】
上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、単一の直流出力電圧（ｖｓ）を発生し、上記制御装置は、交互に操作可能な２つの開閉器（ｐ１、ｐ２）から構成され、上記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力上記端子（Ｂ１、Ｂ２）の間に並列に接続された、ブリッジの１つの第１のアームを含んでなり、上記第１のアームの中央点（ｊ１）は、交互に操作可能な２つの開閉器（ｐ３、ｐ４）から構成され、上記第１のアームに並列の設置された、ブリッジの第２のアームの中央点（ｊ２）へ、１つの共振インダクタンス（Ｌ）へ交互に接続される、並列な４つのアクチュエータ（Ｉｉ）からなる負荷を介して接続されることを特徴とする、請求項１に記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
【請求項７】
一方の端子が、並列に設置された２つの上記アームのうちの１つの中央点へ接続された４つの上記アクチュエータ（Ｉｉ）の各々は、その他方の端子が上記共振インダクタンス（Ｌ）の一方の端子へ、交互に操作可能な選択開閉器（Ｋｉ）を介して接続され、上記共振インダクタンス（Ｌ）の他方の端子は、２つの上記アームのうちの他の１つの中央点へ接続される、ことを特徴とする、請求項６に記載の、電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
【請求項８】
一方の端子が、並列に設置された２つのアームのうちの１つのアームの中央点へ接続された上記アクチュエータ（Ｉｉ）は、２つずつ、交互に操作可能な選択開閉器（Ｋ１、Ｋ２）へ接続された操作可能なリレー（Ｒ１、Ｒ２）へ接続され、上記選択開閉器は、他方の端子が２つの上記アームのうちの他の１つのアームの中央点へ接続された共振インダクタンス（Ｌ）の一方の端子へ接続されることを特徴とする、請求項６に記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
【請求項９】
ブリッジの上記第１のアームの中央点と、並列に設置されたブリッジの上記第２のアームの中央点とを連結する上記負荷は、共振インダクタンス（Ｌ１、Ｌ２）へ接続されたリレー（Ｒ１、Ｒ２）へ接続された並列な２つのアクチュエータ（Ｉｉ）から構成されることを特徴とする、請求項３または４に記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
【請求項１０】
ブリッジの上記第１のアームの中央点と、並列に設置されたブリッジの上記第２のアームの中央点とを連結する上記負荷は、並列に設置され、各々が、共振インダクタンス（Ｌｉ）へ接続された操作可能な選択開閉器（Ｋｉ）へ接続された、２つのアクチュエータ（Ｉｉ）から構成されることを特徴とする、請求項３または４に記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
【請求項１１】
上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、２つの直流出力電圧（ＶＳ１、ＶＳ２）を発生し、上記制御装置は、ブリッジの並列な２つのアームを有し、添字ｊを１〜２の間を変化する整数として、２つの上記アームの各々は、交互に操作可能な２つのブリッジ開閉器（Ｐ１ｊ、Ｐ２ｊ）から構成され、上記アームの各々の中央点（Ｊｊ）は、交互に共振インダクタンス（Ｌｊ）へ直列に接続される、並列な２つのアクチュエータ（Ｉｉ）から構成される負荷を介して参照端子（Ｂ０）へ接続されることを特徴とする、請求項１に記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
【請求項１２】
一方の端子がブリッジの少なくとも１つの上記アームの中央点（Ｊ）へ接続された４つの上記アクチュエータ（Ｉｉ）の各々は、その他方の端子が、交互に操作可能な選択開閉器（Ｋｉ）を介して上記共振インダクタンス（Ｌｊ）へ接続され、上記共振インダクタンスの他の端子は上記コンバータの上記参照端子（Ｂ０）へ接続されることを特徴とする、請求項１１に記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
【請求項１３】
一方の端子がブリッジの少なくとも１つの上記アームの中央点（Ｊ、Ｊｊ）へ接続された４つの上記アクチュエータ（Ｉｉ）は、２つずつ、操作可能な２つのリレー（Ｒｊ）へ接続され、上記リレー（Ｒｊ）の各々は、共振インダクタンス（Ｌ）の一方の端子へ接続され、上記共振インダクタンス（Ｌ）の他方の端子は上記コンバータの上記参照端子（Ｂ０）へ接続されたことを特徴とする、請求項１１に記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
【請求項１４】
一方の端子がブリッジの少なくとも１つの上記アームの中央点（Ｊ、Ｊｊ）へ接続された４つの上記アクチュエータ（Ｉｉ）は、２つずつ、操作可能な２つのリレー（Ｒｊ）へ接続され、上記リレー（Ｒｊ）の各々は、交互に操作可能な選択開閉器（Ｋｉ）へ接続され、上記選択開閉器（Ｋｉ）は共振インダクタンス（Ｌ）の一方の端子へ接続され、上記共振インダクタンス（Ｌ）の他方の端子は上記コンバータの上記参照端子（Ｂ０）へ接続されたことを特徴とする、請求項１１に記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
【請求項１５】
上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、２つの直流出力電圧（ＶＳ１、ＶＳ２）を発生し、上記制御装置は、ブリッジの４つのアームを含んでなり、上記アームの各々は、交互に操作可能な２つのブリッジ開閉器（Ｐ１ｉ、Ｐ２ｉ）から構成され、２つの上記端子（Ｂ１、Ｂ２）の間に並列に設置され、上記アームの中央点（Ｊｉ）は、共振インダクタンスＬｉと直列なアクチュエータＩｉによって構成される負荷を介して、参照端子Ｂ０に接続されることを特徴とする、請求項１１に記載の、電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
【請求項１６】
上記電圧源（Ｂ）は、低電圧のバッテリーまたは交流発電機であることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１つに記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
【請求項１７】
上記アクチュエータの上記選択開閉器は、電流で双方向に制御可能であり、例えば直列に設置されたＭＯＳＦＥＴ型の２つのトランジスタである、直列または並列に設置された２つの半導体から作成することを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか１つに記載の電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
【請求項１８】
上記アクチュエータの選択用の上記リレーは、電気機械式で、単安定の、静止位置接点と動作位置接点を有する形式のものであることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか１つに記載の、電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
【請求項１９】
上記ＤＣ−ＤＣコンバータの直後に設けられる上記ブリッジ開閉器（ｐ、Ｐ）は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴまたはその他のトランジスタであることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか１つに記載の、電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置。
【請求項２０】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の、電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置の使用方法において、与えられたアクチュエータの１つの操作のために、制御計算機が、一方では、上記アクチュエータに接続された選択手段の閉鎖を、他方では、第１段階においては、第１のアームの第１の開閉器と第２のアームの第２の開閉器とから構成されるブリッジ開閉器の第１の対の閉鎖と、上記第１のアームの第２の開閉器と上記第２のアームの第１の開閉器とから構成されるブリッジ開閉器の第２の対の開放とを同時に操作し、第２段階においては、上記アクチュエータと、上記アクチュエータに連結された上記共振インダクタンスとによって形成される共振回路の端子に正弦波電圧を得るように、４つの上記開閉器を逆の位置に置き換える操作をし、これらの２つの段階は、上記アクチュエータの動作持続時間の間所定回数繰り返され、上記直流電圧源から、上記ピエゾ電気アクチュエータに対して、高電圧、高周波数の信号を生成することを特徴とする、超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置の使用方法。
【請求項２１】
請求項１１〜１５のいずれか１つに記載の、電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置の使用方法において、与えられたアクチュエータの１つの操作のために、制御計算機が、一方では、上記アクチュエータに接続された選択手段の閉鎖を、他方では、第１段階においては、第１のアームの第１のブリッジ開閉器の閉鎖と第２の開閉器の開放とを同時に操作し、第２段階においては、上記アクチュエータと、上記アクチュエータに連結された上記共振インダクタンスとによって形成される共振回路の端子に正弦波電圧を得るように、２つの上記開閉器を逆の位置に置き換える操作をし、これらの２つの段階は、上記アクチュエータの動作持続時間の間所定回数繰り返され、上記直流電圧源から、上記ピエゾ電気アクチュエータに対して、高電圧、高周波数の信号を生成することを特徴とする、超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子的に操作される超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置に関し、特に、自動車の内燃エンジンの電子噴射計算機によって操作されるピエゾ電気段を有する燃料噴射器の制御装置に関する。また本発明は、上記装置の使用方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
より正確にいえば、本発明が解決することを目的とする問題は、本出願人の名において出願されたフランス特許出願第９９ １４５４８号の中で述べられた、噴射器の構造を振動させるピエゾ電気セルの励振である。このタイプの噴射器は、噴射燃料の完全で均質な気化を確実にするための、正確で充分小さい分量の決定を確実にするように較正された微細な油滴によって、燃料を極めて微細に噴霧するためのものである。このような噴射器は、とりわけ、燃料が供給され、その先端に噴射孔が設けられた円筒形のノズルと、変換器のような、ノズルを周期的な振動状態にする手段とを有する。この振動状態にする手段は、ピエゾ電気セラミックの段を有し、噴射器の開口と閉鎖に対応する両端位置の間の間隔を変化させるために、ピエゾ電気セラミックの段の端子への電圧を変化させる。噴射器のピエゾ電気セラミックは、１次のオーダで、チャージ電圧が所定のボルトよりも高くされたキャパシタンスに相当する。この変換器は、ノズルのノーズの超音波振動数で振動する開口を実現するために、エンジン制御の電子システムによって、持続時間と振動の強さが操作される。
【０００３】
【特許文献１】フランス特許出願第９９ １４５４８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、直流電圧源から、ピエゾ電気セルを励振するための、高周波の交流信号を生成することにある。自動車においては、バッテリーまたは交流発電機が、１２または４２ボルトの電源電圧を供給し、このことは、この電圧を、ＤＣ−ＤＣ昇圧コンバータによって高めることを意味する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため、本発明の第１の対象は、電圧源から給電され、２つの端子の間に、少なくとも１つの直流出力電圧を発生するＤＣ−ＤＣコンバータを有し、上記端子に並列に、ブリッジの少なくとも１つのアームが接続され、上記アームは交互に操作可能な直列の２つの開閉器によって構成され、上記アームの中央点は、共振インダクタンスと直列な少なくとも１つのアクチュエータによって構成される負荷を介して、上記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力の２つの上記端子へ交互に接続されることを特徴とする、制御計算機と直流電圧源から電子的に操作される少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置である。
【０００６】
本発明の他の１つの特徴によれば、上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、２つの上記端子の間に単一の直流出力電圧を発生し、交互に操作可能な直列の２つのブリッジ開閉器から構成される、上記制御装置のブリッジの少なくとも１つの第１のアームが、上記出力電圧に並列に接続され、上記第１のアームの中央点は、共振インダクタンスに直列な少なくとも１つのアクチュエータによって構成される負荷を介して、ブリッジの少なくとも１つの第２のアームの中央点へ接続され、上記第２のアームは、交互に操作可能な２つのブリッジ開閉器から構成され、上記第１のアームと並列に設置される。
【０００７】
本発明の他の１つの特徴によれば、上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、単一の直流出力電圧を発生し、上記制御装置は、交互に操作可能な２つの開閉器から構成され、上記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力上記端子に並列に接続された、ブリッジの第１のアームを含んでなり、上記第１のアームの中央点は、交互に操作可能な２つの開閉器から構成され、上記第１のアームに並列の設置された、ブリッジの第２のアームの中央点へ、１つの共振インダクタンスへ交互に接続される、並列な４つのアクチュエータからなる負荷を介して接続される。
【０００８】
本発明の他の１つの特徴によれば、上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、単一の直流出力電圧を発生し、上記制御装置は、交互に操作可能な２つのブリッジ開閉器から構成される、ブリッジの少なくとも１つの第１のアームと、各々が交互に操作可能な２つのブリッジ開閉器から構成され、上記ＤＣ−ＤＣコンバータの２つの上記端子の間に、上記第１のアームと並列に設置された、ブリッジの少なくとも２つの第２のアームとを含んでなり、各上記第１のアームの中央点は、共振インダクタンスに接続された少なくとも１つのアクチュエータによって構成される負荷を介して、少なくとも１つの上記第２のアームの中央点へ接続される。
【０００９】
本発明の他の１つの特徴によれば、上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、共通の参照端子と２つの端の端子の間に２つの直流出力電圧を発生し、上記２つの端の端子の間にブリッジの少なくとも１つのアームが並列に接続され、上記アームは交互に操作可能な２つのブリッジ開閉器から構成され、上記アームの中央点は、共振インダクタンスへ直列に接続される、少なくとも１つのアクチュエータから構成される負荷を介して上記参照端子へ接続される。
【００１０】
本発明の他の１つの特徴によれば、上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、２つの直流出力電圧を発生し、上記制御装置は、ブリッジの４つのアームを含んでなり、上記アームの各々は、交互に操作可能な２つのブリッジ開閉器から構成され、２つの上記端子の間に並列に設置され、上記アームの中央点は、共振インダクタンスと直列なアクチュエータによって構成される負荷を介して、上記参照端子に接続される。
【００１１】
本発明の第２の対象は、与えられたアクチュエータの１つの操作のために、制御計算機が、一方では、上記アクチュエータに接続された選択手段の閉鎖を、他方では、第１段階においては、ブリッジの第１のアームの第１の開閉器とブリッジの第２のアームの第２の開閉器とから構成される、ブリッジ開閉器の第１の対の閉鎖と、上記第１のアームの第２の開閉器と上記第２のアームの第１の開閉器とから構成されるブリッジ開閉器の第２の対の開放とを同時に操作し、第２段階においては、上記アクチュエータと、上記アクチュエータに連結された上記共振インダクタンスとによって形成される共振回路の端子に正弦波電圧を得るように、４つの上記開閉器を逆の位置に置き換える操作をし、これらの２つの段階は、上記アクチュエータの動作持続時間の間所定回数繰り返され、上記直流電圧源から、上記ピエゾ電気アクチュエータに対して、高電圧、高周波数の信号を生成することを特徴とする、ブリッジでできた組み立て体で構成された、少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置の使用方法である。
【００１２】
本発明の他の１つの特徴によれば、与えられたアクチュエータの１つの操作のために、制御計算機が、一方では、上記アクチュエータに接続された選択手段の閉鎖を、他方では、第１段階においては、ブリッジの第１のアームの第１のブリッジ開閉器の閉鎖と第２の開閉器の開放とを同時に操作し、第２段階においては、上記アクチュエータと、上記アクチュエータに連結された上記共振インダクタンスとによって形成される共振回路の端子に正弦波電圧を得るように、２つの上記開閉器を逆の位置に置き換える操作をし、これらの２つの段階は、上記アクチュエータの動作持続時間の間所定回数繰り返され、上記直流電圧源から、上記ピエゾ電気アクチュエータに対して、高電圧、高周波数の信号を生成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のその他の特徴及び利点は、以下の図面に例示された、ピエゾ電気アクチュエータの制御装置の複数の実施の形態の説明を読むことによって明らかとなるであろう。これらの図において：
図１〜６は、１つの出力電圧のみを発生するＤＣ−ＤＣコンバータを有する第１の構造による、本発明による制御装置の複数の実施の形態の回路図であり、
図７〜１１は、２つの出力電圧を発生するＤＣ−ＤＣコンバータを有する第２の構造による、本発明による制御装置の複数の実施の形態の回路図である。
【００１４】
実施の形態の非限定的なこれらの例について、異なる図において同一の符号が付された部品は、同一の結果をもたらすための同一の機能を果たす。
【００１５】
本発明は、例えばバッテリーである直流電圧源から、１００ボルト以上の高電圧、１０キロヘルツ以上の高周波数の、正弦波形の信号を、車両の各燃料噴射器のピエゾ電気セル上に生成するものであり、共振回路を構成するためのインダクタンスを介して、前記のピエゾ電気セラミックの励振を確実にする、アクチュエータの制御装置の種々のトポロジーを提供する。これらの構造は、Ｎを望ましくは４、５、６、８、１０または１２である整数として、１〜Ｎ個の噴射器に有効である。非限定的な例として、以下の説明においては、制御される噴射器の数は４である。
【００１６】
記述される全てのトポロジーは、直流電圧源から給電され、１または２の直流電圧を発生する、ＤＣ−ＤＣコンバータを有する構造を表わす。
【００１７】
第１の構造によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータは、２つの端子Ｂ１とＢ２の間に高直流電圧ｖｓを発生する単一の出力を有する。第１の実施の形態の図１に示すように、ｉを１〜４の間で変わる整数として、ピエゾ電気アクチュエータＩｉの制御装置は、例えばバッテリーである直流電圧Ｅの電圧源Ｂを有する。電圧源Ｂの端子の間にＤＣ−ＤＣコンバータが接続され、他方、電圧源Ｂの（−）端子はアースに接続されている。端子Ｂ１とＢ２のどちらの側をバッテリーの（＋）端子または（−）端子に接続してもよいが、示された例においては、端子Ｂ２がバッテリーの（−）端子に接続されている。直流電圧Ｅよりも高い高直流電圧ｖｓを発生するコンバータＣの端子Ｂ１とＢ２の間には、ブリッジの第１と第２のアームが接続される。該ブリッジは、交互に操作可能な、直列の２つの開閉器ｐ１とｐ２と、２つの開閉器ｐ３とｐ４の各々をから成り、第１の中央点ｊ１は、第２の中央点ｊ２と、共振インダクタンスＬと直列な少なくとも１つのアクチュエータによって構成される負荷を介して、接続されている。
【００１８】
４個の噴射器を必要とする自動車の熱エンジンの場合における、ピエゾ電気セラミックからなる４個のアクチュエータＩ１，…，Ｉｉ，…，Ｉ４が図示されている。４個のアクチュエータＩ１，…，Ｉｉ，…，Ｉ４は、並列に設置され、第１の実施の形態の第１の変形によれば、それらの各々と直列に設置された制御可能な選択開閉器Ｋｉによって順々に選択される。片側だけが電気的に孤立化された噴射器、換言すれば、ピエゾ電気セルの２つの電極の１つが金属アースすなわち一定電位に接続される場合には、噴射器の２つの端子の１つは、金属アースに接続される。開閉器Ｋｉは、エンジンの該当するシリンダの燃料供給を確保するための動作の間に開口しているべきピエゾ電気噴射器に応じて噴射計算機からの論理信号によって制御され、従って変換器の高直流電圧ｖｓが、その噴射器へ正確に接続される。
【００１９】
ピエゾ電気セルの２つの電極が共に電気的に孤立化されている噴射器、すなわち、各セルの２つの電極が金属アースから孤立化された噴射器の場合には、アクチュエータ加振回路において、噴射器Ｉｉと選択開閉器Ｋｉの順序を逆にすることもできる。従って、噴射器の両側が電気的に孤立化された、第１の実施の形態の第２の変形による図２に示されているように、噴射器の端子を共振インダクタンスＬへ直接接続し、開閉器Ｋ１〜Ｋ４の端子の１つを一括して接続することができる。
【００２０】
異なる開閉器の制御に応じた、制御回路の動作は以下のとおりである。第１段階においては、噴射計算機から送り出される制御信号は、一方では、選択された噴射器Ｉｉに接続された選択開閉器Ｋｉを閉鎖させ、他方では、第１のアームの第１の開閉器ｐ２と第２のアームの第２の開閉器ｐ３とからなる、ブリッジ開閉器の第１の対を同時に閉鎖させる。かくして、第１のアームの中央点ｊ１をコンバータＣの端子Ｂ２へ接続し、第２のアームの中央点ｊ２をコンバータＣの端子Ｂ１へ接続する。同時に、上記の２つのアームのその他の２つの開閉器からなる第２の対が開放される。この時間の間に、共振インダクタンスＬとアクチュエータＩｉとによって構成される、共振回路の端子における電圧ｖ２は正であり、最大値はｖｓに等しい。次いで、第２段階においては、制御信号は、開閉器ｐ３とｐ２を開放し、開閉器ｐ１とｐ４を同時に閉鎖させる。かくして、第１のアームの中央点ｊ１をコンバータＣの端子Ｂ１へ接続し、第２のアームの中央点ｊ２をコンバータＣの端子Ｂ２へ接続する。このようにして、共振回路の端子における電圧ｖ２は負になり、最小値は−ｖｓに等しい。これらの２つの段階は、１００μｓ〜８ｍｓの間の、噴射持続時間中に多数回繰返される。従って、噴射器Ｉｉの端子における電圧ｖｃｉは、最大値と最小値の間で振動する、高電圧、高周波数の正弦信号である。噴射計算機は、引き続いて、熱エンジンの動作のために定められた順番で、並列に設置されたその他の噴射器Ｉｉを次々に制御する。
【００２１】
図３に示された第２の実施の形態によれば、４つの噴射器Ｉｉは、それぞれ２個づつリレーＲ１、Ｒ２によって接続される。リレーＲ１、Ｒ２は、それぞれ選択開閉器Ｋ１、Ｋ２の一端に接続され、選択開閉器Ｋ１、Ｋ２の他端は、次々に各噴射器と振動回路を構成するための共振インダクタンスＬに接続される。噴射計算機は、先ず最初にリレーを操作し、次いで、制御する噴射器を選択するために、同時に選択開閉器とブリッジ開閉器を操作する。
【００２２】
制御装置の動作は以下のとおりである。噴射器Ｉ１を励起するために、噴射計算機は、先ず最初に噴射器の選択手段を操作する。すなわち、アクチュエータＩ１を共振インダクタンスＬに接続するために、リレーＲ２が静止位置にあるときに、リレーＲ１を噴射器Ｉ１に向けて静止させ、同じく開閉器Ｋ１を閉鎖させ開閉器Ｋ２を開放させる。次いで、噴射計算機は、第１段階において、同時に、第１のアームのブリッジ開閉器ｐ２と第２のアームのブリッジ開閉器ｐ３を閉鎖させ、一方、その他の開閉器ｐ１、ｐ４を開放させる。第２段階においては、噴射計算機は、４つの開閉器を逆の位置に置き換える。かくして、アクチュエータＩ１の端子における電圧ｖｃｉは、極値＋ｖｓと−ｖｓとの間で振動する正弦振動であり、一方他の３つの噴射器は電圧を受けない。各選択開閉器の閉鎖持続時間は、噴射時間に対応し、４噴射器のエンジンについて、１００μｓ〜５ｍｓの間で変更可能である。アクチュエータと、関連する共振インダクタンスとによって形成される、共振回路の端子における正弦信号ｖ２の周期ＴＰｉは、噴射器の構造に専ら依存し、共振周波数ＦＰｉは、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの間で変化する。
【００２３】
リレーＲ２は既に静止位置にあるので、アクチュエータＩ３の励起は、選択開閉器Ｋ１の開放と、選択開閉器Ｋ２の閉鎖によって得られ、従って、共振インダクタンスＬと噴射器Ｉ３によって構成される共振回路の端子における電圧ｖ２は共振を引き起こす。噴射器Ｉ３の端子における電圧ｖｃ３の信号は、引き続く各瞬間の間における高電圧及び高周波数の正弦信号である。
【００２４】
リレーの静止位置から動作位置への変更時間は、開閉器の開放または閉鎖時間に比して長いので、計算機は、次の瞬間に噴射器Ｉ２を励起することを可能にする目的で、第１のリレーＲ１の動作位置への変更を操作する。このようにして、リレーＲ２が噴射器Ｉ３への静止位置に未だ向けられているときに、リレーＲ１は動作位置へ変更され、同時に、開閉器Ｋ１が開放されているときに、開閉器Ｋ２は閉鎖される。以下同様にして、４個のアクチュエータについて操作される。
【００２５】
上述のように、実施の形態の１変形においては、アクチュエータの２つの電極が共に直流電気的に孤立化されおり、従って、アクチュエータの端子が共振インダクタンスＬへ直接接続される場合には、アクチュエータの位置を、選択手段の位置に対して、逆にすることができる。
【００２６】
図４に示された第３の実施の形態によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータは、単一の直流出力電圧ｖｓを発生し、制御装置は、交互に操作可能な、直列の２つのブリッジ開閉器ｐ１及びｐ２によって構成される１つの第１のアームと、交互に操作可能で、コンバータＣの２つの端子Ｂ１とＢ２の間に第１のアームに並列に設置された、直列の２つのブリッジ開閉器ｐ３ｊ、ｐ４ｊによってそれぞれ構成される２つの第２のアームとを含んでなる。ここに、添字ｊは、１〜２の間を変化する整数である。
【００２７】
第１のアームの中央点ｊ１は、各々共振インダクタンスＬ１とＬ２の１つにそれぞれ接続された、一方では２つのアクチュエータＩ１とＩ２のグループによって、他方ではＩ３とＩ４のグループによって構成された負荷を介して、各第２のアームの中央点ｊ２ｊと接続される。
【００２８】
図４に正確に示すケースにおいては、第１のアームの中央点ｊ１を第２のアームの２つの中央点ｊ２ｊと接続する負荷は、それぞれ共振インダクタンスＬ１とＬ２の１つに接続され、それぞれリレーＲ１とＲ２に接続された、並列なアクチュエータＩ１とＩ２、Ｉ３とＩ４の対の１つによって構成される。
【００２９】
この実施の形態の１つの変形においては、並列に設置された第１のアームの中央点と第２のアームの中央点を接続する負荷は、並列に設置され、それぞれが、それぞれ共振インダクタンスＬｉに接続された制御可能な選択開閉器Ｋｉに接続された、２つのアクチュエータ、例えばＩ１とＩ２及びＩ３とＩ４によって構成される。ここに、添字ｉは１〜４の間で変わる整数である。
【００３０】
この制御装置の動作は、噴射計算機に依存する。噴射計算機は、電圧源Ｂから生じた電圧が、噴射器Ｉｉ及び結合された共振インダクタンスによって形成され、噴射計算機によって操作される振動回路の方形交流電圧による励起の実現を可能にするように、リレーまたは選択開閉器を順々に操作する。
【００３１】
図５に示された第４の実施の形態は、単一の直流出力電圧ｖｓを発生するＤＣ−ＤＣコンバータによって実現され、一方では１個の第１のアームを有し、他方では４個の第２のアームを有する、本発明による制御装置に関する。第１のアームは、コンバータの２つの端子Ｂ１とＢ２の間に並列に設置され、交互に操作可能な直列の２つのブリッジ開閉器ｐ１、ｐ２によって構成される。４個の第２のアームは、それぞれ直列の２つのブリッジ開閉器ｐ３ｉ、ｐ４ｉの各々で構成される。ここに、添字ｉは、１〜４の間で変わる整数である。第１のアームの中央点ｊ１は、第２のアームの中央点ｊ２ｉと、負荷インダクタンスＬｉに接続されたアクチュエータＩｉによって構成される負荷を介して接続される。
【００３２】
装置の動作は、噴射計算機によって操作される。噴射計算機は、例えばアクチュエータＩｉを励起する際に、第１のアームの開閉器ｐ２の閉鎖と、アクチュエータＩｉに接続された第２のアームの開閉器ｐ３ｉの閉鎖を指令し、第１段階においては、第１のアームの開閉器ｐ１の開放と、第２のアームの開閉器ｐ４ｉの開放を同時に指令する。次いで、第２段階においては、上記の開閉器の指令を逆転させ、アクチュエータＩｉとそれに連結された共振インダクタンスＬｉとによって構成される振動回路に、励起電圧を発生させる。これらの２つの段階は、噴射持続時間の間、所定の回数繰り返される。
【００３３】
図６に示された、この場合もＤＣ−ＤＣコンバータは、単一の直流出力電圧ｖｓを発生する、本発明による制御装置の第５の実施の形態によれば、制御装置は２つの第１のアームと、２つの第２のアームを有する。２つの第１のアームは、コンバータＣの２つの端子Ｂ１とＢ２の間に並列に設置され、交互に操作可能な直列の２つのブリッジ開閉器ｐ１、ｐ２とｐ１′、ｐ２′によって構成される。２つの第２のアームは、直列の２つのブリッジ開閉器ｐ３、ｐ４とｐ３′、ｐ４′によって構成される。これらのアームは、次のようなものである。すなわち、第１のアームの各々の中央点ｊ１１とｊ１２は、それぞれ交互に負荷インダクタンスＬ１、Ｌ２へ接続される並列な２つのアクチュエータＩ１とＩ２、Ｉ３とＩ４によって構成される負荷を介して、それぞれ第２のアームの中央点ｊ２１とｊ２２へ接続される。図６によれば、２つのアクチュエータは、リレーＲ１またはＲ２の１つを介して共振インダクタンスへ接続されているが、交互に操作可能な選択開閉器を介して接続することもできる。
【００３４】
２つの電極が共に直流電気的に孤立化されたアクチュエータについては、トポロジーの変形により、アクチュエータの位置と選択手段の位置を逆にすることが可能である。
【００３５】
動作させるために、噴射計算機は、励起するアクチュエータ、例えばＩ１に対応するリレーまたは開閉器を操作し、次いで、第１段階においては、上記アクチュエータの１つの端子をコンバータの端子Ｂ２へ接続する第１のアームのブリッジ開閉器ｐ２の閉鎖を指令し、同様に、上記アクチュエータの他の１つの端子をコンバータの端子Ｂ１へ接続する第２のアームのブリッジ開閉器ｐ３の閉鎖を指令する。第２段階においては、上記の開閉器の指令を逆転させ、アクチュエータとその共振インダクタンスとによって構成される振動回路を励起する周期信号を得る。これらの２つの段階は、噴射持続時間の間、多数回繰り返される。
【００３６】
本発明の第２の構造によれば、超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置は、共通の参照端子Ｂ０と、２つの端の端子Ｂ１、Ｂ２の間に２つの直流出力電圧ＶＳ１、ＶＳ２を発生する、ＤＣ−ＤＣコンバータを有する。端子Ｂ１、Ｂ２と並列に、交互に操作可能な２つの開閉器によって構成される少なくとも１つのブリッジのアームが接続される。ブリッジの中央点は、共振インダクタンスに直列に接続された少なくとも１つのアクチュエータからなる負荷を介して、参照端子Ｂ０へ接続される。３つの端子Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２は、バッテリーに対してフローティング状態に取り付けてもよいし、そうでなくてもよい。
【００３７】
図７は、この第２の構造による第１の実施の形態を示す。この実施の形態によれば、装置は、交互に操作可能な直列の２つの開閉器Ｐ１、Ｐ２によって構成される、１つのアームを有する。２つの開閉器Ｐ１、Ｐ２は、コンバータＣの出力端子Ｂ１、Ｂ２に並列に接続され、その中央点Ｊは、１つの共振インダクタンスＬへ交互に直列に接続される４つのアクチュエータＩｉを介して、参照端子Ｂ０へ接続される。ここに、添字ｉは、１〜４の間で変わる整数である。
【００３８】
図７に示す変形によれば、第１の端子がアームの中央点Ｊへ接続された４つのアクチュエータＩｉの各々は、その他方の端子が、交互に操作可能な開閉器Ｋｉを介して共振インダクタンスＬの一端へ接続され、共振インダクタンスＬの他端の端子はコンバータＣの参照端子Ｂ０へ接続される。２つの電極が共に直流電気的に孤立化されたアクチュエータについては、アクチュエータの位置と選択手段の位置を逆にすることが可能である。
【００３９】
図８に示す他の１つの変形によれば、第１の端子がアームの中央点Ｊへ接続された４つのアクチュエータＩｉは、２つずつ、各々が操作可能な選択開閉器Ｋｊへ接続された操作可能なリレーＲｊへ接続することが可能である。選択開閉器Ｋｊ自身は、他方の端子がコンバータＣの参照端子Ｂ０へ接続された共振インダクタンスＬの第１の端子へ接続される。ここに、添字ｊは、１〜２の間を変化する整数である。
【００４０】
異なる開閉器の制御に応じた、図７に示す第１の変形による制御回路の動作は以下のとおりである。噴射器Ｉｉを励起する目的で噴射計算機から発生される制御信号は、最初に、対応する選択開閉器Ｋｉを閉鎖させる。次いで、第１段階において、制御信号は、第１のブリッジ開閉器Ｐ２の閉鎖と、第２のブリッジ開閉器Ｐ１の開放を同時に操作する。その結果、アクチュエータと、連結された共振インダクタンスとによって形成された振動回路の両端子間の電圧ｖ２は、電圧ＶＳ２に等しくなる。また、第２段階においては、制御信号は、上記の開閉器の反対の位置への置き換えを操作し、その結果電圧ｖ２は、電圧ＶＳ１に等しくなる。これらの２つの段階は、噴射持続時間の間、引き続いて多数回繰り返される。
【００４１】
図９は、この第２の構造による第２の実施の形態を示す。この実施の形態によれば、装置は、並列に設置された２つのアームを有する。２つのアームの各々は、交互に操作可能な直列の２つのブリッジ開閉器Ｐ１ｊ、Ｐ２ｊで構成され、その中央点Ｊｊは、交互に共振インダクタンスＬｊへ直列に接続される、並列な２つのアクチュエータＩｉで構成される負荷を介して参照端子Ｂ０へ接続される。ここに、添字ｊは、１〜２の間を変化する整数である。この図に示すケースにおいては、第１の端子が、少なくとも第１のアームの中央点Ｊｊへ接続された４つのアクチュエータＩｉの各々は、その他方の端子に、制御可能な選択開閉器Ｋｉを介して、共振インダクタンスＬｊの一方の端子が交互に接続され、共振インダクタンスＬｊの他方の端子は、コンバータＣの参照端子Ｂ０へ接続されている。
【００４２】
図１０に示す、この実施の形態の変形によれば、第１の端子が、少なくとも第１のアームの中央点Ｊｊへ接続された４つのアクチュエータＩｉは、２つずつ、他方の端子がコンバータＣの参照端子Ｂ０へ接続された共振インダクタンスＬｊの一方の端子へ、操作可能なリレーＲｊを介して接続される。
【００４３】
図１１に示す、この第２の構造の第３の実施の形態によれば、制御装置は４つのアームを有する。これらのアームの各々は、交互に操作可能で、２つの端子Ｂ１、Ｂ２の間に並列に設置された、直列の２つのブリッジ開閉器Ｐ１ｉ、Ｐ２ｉから構成され、その中央点Ｊｉは、共振インダクタンスＬｉと直列なアクチュエータＩｉによって構成される負荷を介して、参照端子Ｂ０に接続される。
【００４４】
本発明の本質的な特徴によれば、アクチュエータの選択開閉器Ｋは、電流で双方向に制御可能であり、このため、直列または並列に設置された２つの半導体から作成することができる。これは、例えば、直列に設置されたＭＯＳＦＥＴ型の２つのトランジスタでもよい。
【００４５】
アクチュエータ選択用のリレーＲは、電気機械式で、単安定の、静止位置接点と動作位置接点を有する形式のものである。
【００４６】
ブリッジ開閉器ｐ及びＰに関しては、これらがＤＣ−ＤＣコンバータの直後に設けられるなら、ダイオードを逆方向接続するという条件で、これらはＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴまたはその他のトランジスタである。
【００４７】
本発明の第２の対象は、上述の種々のトポロジーに応じて、それらの動作と共に説明したような、少なくとも１つの超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置の使用方法である。
【００４８】
ＤＣ−ＤＣコンバータが、２つの端子Ｂ１とＢ２の間に高直流電圧ｖｓを発生する単一の出力を有する第１の構造によれば、この方法は、制御計算機が、一方では、上記アクチュエータに接続された選択手段の閉鎖を、他方では、第１段階においては、第１のアームの第１の開閉器と第２のアームの第２の開閉器とから構成される、ブリッジ開閉器の第１の対の閉鎖と、上記第１のアームの第２の開閉器と上記第２のアームの第１の開閉器とから構成されるブリッジ開閉器の第２の対の開放とを同時に操作し、第２段階においては、上記アクチュエータと、上記アクチュエータに連結された上記共振インダクタンスとによって形成される共振回路の端子に正弦波電圧を得るように、４つの上記開閉器を逆の位置に置き換える操作をし、これらの２つの段階は、上記アクチュエータの動作持続時間の間所定回数繰り返され、上記直流電圧源から、上記ピエゾ電気アクチュエータに対して、高電圧、高周波数の信号を生成することを特徴とする。
【００４９】
共通の参照端子Ｂ０と、２つの端の端子Ｂ１、Ｂ２の間に２つの直流出力電圧ＶＳ１、ＶＳ２を発生する、ＤＣ−ＤＣコンバータを有する、超音波ピエゾ電気アクチュエータの制御装置の第２の構造によれば、この方法は、与えられたアクチュエータの１つの操作のために、制御計算機が、一方では、上記アクチュエータに接続された選択手段の閉鎖を、他方では、第１段階においては、第１のアームの第１のブリッジ開閉器の閉鎖と第２のブリッジ開閉器の開放とを同時に操作し、第２段階においては、上記アクチュエータと、上記アクチュエータに連結された上記共振インダクタンスとによって形成される共振回路の端子に正弦波電圧を得るように、２つの上記開閉器を逆の位置に置き換える操作をし、これらの２つの段階は、上記アクチュエータの動作持続時間の間所定回数繰り返され、上記直流電圧源から、上記ピエゾ電気アクチュエータに対して、高電圧、高周波数の信号を生成することを特徴とする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図９】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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