(57)【要約】本発明は、制御可能な少なくとも１つの開閉器を介して電圧源に接続された変圧器を有する回路から構成され、圧電アクチュエータを励振するための交流信号を発生する昇圧コンバータを含んでなる、少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置の操作方法に関し、変圧器と共振インダクタンスとアクチュエータとから構成される負荷の端子における電圧（Ｖｃ）は、所定の減結合周波数（ｆｒ）の方形の信号であり、負荷の中を流れる電流（Ｉｃ）は、開閉器の操作モードが低不連続または、超連続または、低連続型であるような共振周波数（ｆ０）の周期的な信号であり、これらのモードは、変圧器の変圧比と、アクチュエータに等価なキャパシタンスの関数として定められる共振インダクタンスから得られ、この操作方法は、自動車の熱エンジンにおける燃料噴射へ応用される。
2005530473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置を制御計算機から電子的に操作する方法であって、上記制御装置は直流の電圧源（Ｂ）から給電される直流／交流昇圧コンバータを含んでなり、上記直流／交流昇圧コンバータの高圧出力は、アクチュエータ（Ｉｉ）と共振インダクタンス（Ｌ）とから構成される振動回路に接続され、上記直流／交流昇圧コンバータは、制御可能な少なくとも１つの開閉器を介して上記電圧源に接続された少なくとも１つの１次巻線と、上記圧電アクチュエータを励振するための交流信号を発生する単一の２次巻線とを有する少なくとも１つの変圧器を有する回路から構成され、上記変圧器と上記共振インダクタンスと上記アクチュエータとから構成される負荷の端子における電圧（Ｖｃ）は、所定の減結合周波数（ｆｒ）の方形の信号である、少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置の電子操作方法において、上記負荷の中を流れる電流（Ｉｃ）は、上記減結合周波数（ｆｒ）が共振周波数（ｆ０）の２倍よりも小さいような共振周波数（ｆ０）の周期的な信号であり、上記回路内を電流が流れることなく上記開閉器の閉操作をなし、この低不連続型の上記開閉器の操作モードは、上記変圧器の変圧比と、上記アクチュエータに等価なキャパシタンスの関数として定められる上記共振インダクタンスから得られることを特徴とする少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置の電子操作方法。
【請求項２】
少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置を制御計算機から電子的に操作する方法であって、上記制御装置は直流の電圧源から給電される直流／交流昇圧コンバータを含んでなり、上記直流／交流昇圧コンバータの高圧出力は、アクチュエータと共振インダクタンスとから構成される振動回路に接続され、上記直流／交流昇圧コンバータは、制御可能な少なくとも１つの開閉器を介して上記電圧源に接続された少なくとも１つの１次巻線と、上記圧電アクチュエータを励振するための交流信号を発生する単一の２次巻線とを有する少なくとも１つの変圧器を有する回路から構成された、少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置の電子操作方法において、
上記変圧器と上記共振インダクタンスと上記アクチュエータとから構成される負荷の端子における電圧（Ｖｃ）は、所定の減結合周波数（ｆｒ）の方形の信号であり、
上記負荷の中を流れる電流（Ｉｃ）は、上記電圧（ＶＣ）に対して進んだ位相の、上記減結合周波数（ｆｒ）が共振周波数ｆ０の１／２と２倍との間に含まれる（ｆ０／２＜ｆｒ＜２ｆ０）ような上記共振周波数（ｆ０）の周期的な信号であり、制御する上記開閉器の中に電流が流れることなく上記開閉器の閉操作をなし、この低連続型の上記開閉器の操作モードは、上記変圧器の変圧比と、上記アクチュエータに等価なキャパシタンスの関数として定められる上記共振インダクタンスから得られることを特徴とする少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置の電子操作方法。
【請求項３】
少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置を制御計算機から電子的に操作する方法であって、上記制御装置は直流の電圧源から給電される直流／交流昇圧コンバータを含んでなり、上記直流／交流昇圧コンバータの高圧出力は、アクチュエータと共振インダクタンスとから構成される振動回路に接続され、上記直流／交流昇圧コンバータは、制御可能な少なくとも１つの開閉器を介して上記電圧源に接続された少なくとも１つの１次巻線と、上記圧電アクチュエータを励振するための交流信号を発生する単一の２次巻線とを有する少なくとも１つの変圧器を有する回路から構成された、少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置の電子操作方法において、
上記変圧器と上記共振インダクタンスと上記アクチュエータとから構成される負荷の端子における電圧（Ｖｃ）は、所定の減結合周波数（ｆｒ）の方形の信号であり、
上記負荷の中を流れる電流（Ｉｃ）は、上記電圧（ＶＣ）に対して遅れた位相の、上記減結合周波数（ｆｒ）が共振周波数ｆ０の１／２よりも高い（ｆｒ＞ｆ０／２）ような上記共振周波数（ｆ０）の周期的な信号であり、制御する上記開閉器の端子における電圧がゼロであるときに上記開閉器の閉操作をなし、この超連続型の開閉器の操作モードは、上記変圧器の変圧比と、アクチュエータに等価なキャパシタンスの関数として定められる共振インダクタンスとから得られることを特徴とする少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置の電子操作方法。
【請求項４】
上記制御装置は、少なくとも１つの上記変圧器を有するブリッジの回路から構成された上記コンバータを含んでなり、上記変圧器は、交互に制御可能なトランジスタ（Ｔ１、Ｔ２）からなる直列の２つのブリッジ開閉器から作られた少なくとも１つの第１のアームと、上記第１のアームと並列で、交互に制御可能なトランジスタ（Ｔ３、Ｔ４）からなる直列の２つのブリッジ開閉器から同じく作られた少なくとも１つの第２のアームとを有し、上記第２のアームの中央点は、上記変圧器と上記共振インダクタンス（Ｌ）と上記圧電アクチュエータとから構成される上記負荷を介して、上記第１のアームの中央点と連結される、請求項１に記載の少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置の電子操作方法において、上記コンバータの４つの上記開閉器の操作の順序は、以下の通り：
第１段階中に：
−瞬時（ｔ０）において、第１の対を構成する上記第１のアームの第１のトランジスタ（Ｔ１）と上記第２のアームの第２のトランジスタ（Ｔ４）は、逆並列に設けられたダイオード（Ｄ１とＤ４）における上記電流（Ｉｃ）がゼロである時に、閉に制御され；
−２つの瞬時（ｔ０とｔ１）の間、上記第１の対の上記トランジスタ（Ｔ１とＴ４）は閉じられて、電流（Ｉｃ）が流れるようにし、その間に上記ダイオード（Ｄ１とＤ４）は電流が通過せず、第２の対を構成する上記第１のアームの第２のトランジスタ（Ｔ２）と上記第２のアームの第１のトランジスタ（Ｔ３）は開にされ；
−瞬時（ｔ１）において、上記電流（Ｉｃ）は反転し、２つの上記ダイオード（Ｄ１とＤ４）を電流が通過するようになり、上記第１の対の２つの上記トランジスタ（Ｔ１とＴ４）は、上記ダイオード（Ｄ１とＤ４）が導通しない瞬時（ｔ１）と瞬時（ｔ２）の間に、開に制御され、電流は消滅し；
第２段階中に：
−瞬時（ｔ３）において、逆並列の設けられたダイオード（Ｄ２とＤ３）における上記電流（Ｉｃ）がゼロである時に、上記第２の対の上記トランジスタ（Ｔ２とＴ３）は閉に制御され；
−２つの瞬時（ｔ３とｔ４）の間、上記トランジスタ（Ｔ２とＴ３）は閉じられて、上記電流（Ｉｃ）が流れるようにし、その間に上記ダイオード（Ｄ２とＤ３）は導通せず、上記第１の対の上記トランジスタ（Ｔ１とＴ４）は開かれ；
−瞬時（ｔ４）において、上記電流（Ｉｃ）は反転し、上記２つのダイオード（Ｄ２とＤ３）を電流が通過するようになり、上記２つのトランジスタ（Ｔ２とＴ３）は、上記ダイオードが導通しない瞬時（ｔ４）と瞬時（ｔ５）の間に、開に制御され、電流は新たに消滅する；
であり、これらの２つの段階は、上記直流の電圧源から、上記圧電アクチュエータへ向けて、高電圧、高周波数の信号を発生させるために、上記アクチュエータの作動持続時間中、所定の回数繰り返されることを特徴とする、少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置の電子操作方法。
【請求項５】
上記制御装置は、少なくとも１つの上記変圧器を有するブリッジ回路から構成された上記コンバータを含んでなり、上記変圧器は、交互に制御可能なトランジスタ（Ｔ１、Ｔ２）からなる直列の２つのブリッジ開閉器から作られた少なくとも１つの第１のアームと、上記第１のアームと並列で、交互に制御可能なトランジスタ（Ｔ３、Ｔ４）からなる直列の２つのブリッジ開閉器から同じく作られた少なくとも１つの第２のアームとを有し、上記第２のアームの中央点は、上記変圧器と上記共振インダクタンス（Ｌ）と上記圧電アクチュエータとから構成される上記負荷を介して、上記第１のアームの中央点と連結される、請求項２に記載の少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置の電子操作方法において、上記コンバータの４つの上記開閉器の操作の順序は、以下の通り：
第１段階中に：
−瞬時（ｔ０）において、第１の対を構成する上記第１のアームの第１のトランジスタ（Ｔ１）と上記第２のアームの第２のトランジスタ（Ｔ４）に逆並列に設けられたダイオード（Ｄ１とＤ４）における上記電流（Ｉｃ）がゼロで、上記第１のアームの第２のトランジスタ（Ｔ２）と上記第２のアームの第１のトランジスタ（Ｔ３）に逆並列に設けられた他のダイオード（Ｄ２とＤ３）は導通状態の時に、上記第１のアームの上記第１のトランジスタ（Ｔ１）と上記第２のアームの上記第２のトランジスタ（Ｔ４）は閉に制御され；
−２つの瞬時（ｔ０とｔ１）の間、上記第１の対の上記トランジスタ（Ｔ１とＴ４）は閉じられて、上記電流（Ｉｃ）が流れるようにし、その間に上記４つのダイオード（Ｄ１〜Ｄ４）には電流が通過せず；
−瞬時（ｔ１）において、上記電流（Ｉｃ）は反転し、２つの上記ダイオード（Ｄ１とＤ４）を電流が通過するようになり、２つの上記トランジスタ（Ｔ１とＴ４）は、これらの２つのトランジスタを電流が流れない瞬時（ｔ１）と瞬時（ｔ２）の間に、開に制御され；
第２段階中に：
−同じ瞬時（ｔ２）に、上記ダイオード（Ｄ１とＤ４）は依然導通状態にあるのに、上記第２の対の上記トランジスタ（Ｔ２とＴ３）は閉に制御され、この閉の瞬間に、上記ダイオード（Ｄ１とＤ４）は自然に停止し、上記電流（Ｉｃ）は同じ向きに流れ；
−２つの瞬時（ｔ３とｔ４）の間に上記電流（Ｉｃ）は反転し、上記ダイオード（Ｄ２とＤ３）は導通状態になり、上記トランジスタ（Ｔ２とＴ３）は開に制御され、これらのトランジスタにもはや電流（Ｉｃ）は流れず；
−瞬時（ｔ４）において、上記２つのトランジスタ（Ｔ１とＴ４）は閉に制御され、上記ダイオード（Ｄ２とＤ３）は非導通状態になり、操作は瞬時（ｔ０）と瞬時（ｔ４）との間における順序と同じ順序で再開する；
であることを特徴とする、少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置の電子操作方法。
【請求項６】
上記制御装置は、少なくとも１つの上記変圧器を有するブリッジの回路から構成された上記コンバータを含んでなり、上記変圧器は、交互に制御可能なトランジスタ（Ｔ１、Ｔ２）からなる直列の２つのブリッジ開閉器から作られた少なくとも１つの第１のアームと、上記第１のアームと並列で、交互に制御可能なトランジスタ（Ｔ３、Ｔ４）からなる直列の２つのブリッジ開閉器から同じく作られた少なくとも１つの第２のアームとを有し、上記第２のアームの中央点は、上記変圧器と上記共振インダクタンス（Ｌ）と上記圧電アクチュエータとから構成される上記負荷を介して、上記第１のアームの中央点と連結される、請求項３に記載の少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置の電子操作方法において、上記コンバータの４つの上記開閉器の操作の順序は、以下の通り：
第１段階中に：
−２つの瞬時（ｔ０とｔ１）の間において、第１の対を構成する上記第１のアームの第１のトランジスタ（Ｔ１）と上記第２のアームの第２のトランジスタ（Ｔ４）は閉に制御され、その時これらのトランジスタに逆並列に設けられた２つのダイオード（Ｄ１とＤ４）は導通状態にあり、上記第１のアームの第２のトランジスタ（Ｔ２）と上記第２のアームの第１のトランジスタ（Ｔ３）に逆並列に設けられた他の２つのダイオード（Ｄ２とＤ３）は非導通状態にあり、上記２つのトランジスタ（Ｔ２とＴ３）は開かれ；
−瞬時（ｔ１）において、上記トランジスタの上記第１の対の上記ダイオード（Ｄ１とＤ４）は停止され；
−２つの瞬時（ｔ１とｔ２）の間、上記第１の対の上記２つのトランジスタ（Ｔ１とＴ４）は閉のままであり、上記電流（Ｉｃ）が流され；
第２段階中に：
−瞬時（ｔ２）において、上記第１の対の上記トランジスタ（Ｔ１とＴ４）は開に制御され、第２の対を構成する上記第１のアームの上記第２のトランジスタ（Ｔ２）と上記第２のアームの上記第１のトランジスタ（Ｔ３）に逆並列に設けられた上記ダイオード（Ｄ２とＤ３）は導通状態になり、上記トランジスタ（Ｔ２とＴ３）の端子におけるの電圧はなくなり、上記ダイオード（Ｄ１とＤ４）には電流は流れず、
−２つの瞬時（ｔ２とｔ３）の間に、上記第２の対のトランジスタ（Ｔ２とＴ３）は閉に制御され、引き続いて瞬時（ｔ４）に開に制御される；
であることを特徴とする少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置の電子操作方法。
【請求項７】
少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置の電子操作方法において、変化する可能性のある上記直流電圧源のバッテリーの電圧Ｅと、上記圧電アクチュエータの操作信号の指令電圧の振幅とに応じて、請求項１または４に記載の上記低不連続型と、請求項２または５に記載の上記低連続型と、請求項３または６に記載の上記超連続型の開閉器操作の３モードを時系列的に組み合わせることを特徴とする、少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置の電子操作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波圧電アクチュエータの制御装置の電子操作方法に関し、より正確には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圧電層を有する燃料噴射器の電子操作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
より正確には、本発明が解決することを目的とする問題は、噴射器の構造を振動させるために圧電セルの励振を引き起こす電子制御装置の操作である。このような装置は、本出願人の名において出願された出願番号０１  １４０２３のフランス国特許出願に記載されている。超音波圧電層を有する燃料噴射器は、正確で充分小さい分量を確保するように直径が定められた油滴の燃料を極めて精巧に噴霧して、噴射燃料の完全で均質な気化を確実にするためのものである。このような噴射器は、特に、円筒形ノズルと、円筒形ノズルの周期的な加振手段とを有する。円筒形ノズルは、燃料を供給され、その先端に噴射孔が設けられている。円筒形ノズルの加振手段は、変換器の一種である圧電性セラミックスの層を有し、圧電性セラミックスの層の端子の電圧を変化させて、噴射器の開口と閉鎖に対応する２つの端末位置の間の圧電層の厚さを変化させる。噴射器の圧電性セラミックスは、１次のオーダで、充電電圧が１００ボルト以上に高められたキャパシタンスと等価である。この変換器は、電子制御装置によって振動の持続時間と強さを操作され、電子制御装置は、ノズルの先端を超音波振動数で振動させるようにエンジン制御用の電子装置によって操作される。
【０００３】
電子制御装置は、直流電源から、１００ボルト以上の高電圧、１０キロヘルツ以上の高周波の交流信号を発生させて、圧電セルを励振するためのものである。自動車においては、バッテリーは、１２または４２ボルトの供給電圧を供給する。このことは、供給されるバッテリーの低電圧をＤＣ−ＤＣ直流昇圧コンバータによって、昇圧することを意味する。
【０００４】
【特許文献１】フランス国特許出願第０１  １４０２３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の対象は、噴射器を選択するための開閉器とは別の、噴射器制御装置を制御する開閉器の電子操作にあり、変圧器と共振インダクタンスと噴射器とからなる負荷に関連するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため、本発明の目的は、少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置を制御計算機から電子的に操作する方法であって、上記制御装置は直流の電圧源から給電される直流／交流昇圧コンバータを含んでなり、上記直流／交流昇圧コンバータの高圧出力は、アクチュエータと共振インダクタンスとから構成される振動回路に接続され、上記直流／交流昇圧コンバータは、制御可能な少なくとも１つの開閉器を介して上記電圧源に接続された少なくとも１つの１次巻線と、上記圧電アクチュエータを励振するための交流信号を発生する単一の２次巻線とを有する少なくとも１つの変圧器を有する回路から構成される、少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置の電子操作方法において、
−上記変圧器と上記共振インダクタンスと上記アクチュエータとから構成される負荷の端子における電圧Ｖｃは、所定の減結合周波数ｆｒの方形の信号であり、
−上記負荷の中を流れる電流Ｉｃは、共振周波数ｆ０の２倍が上記減結合周波数ｆｒよりも大である、すなわちｆｒ＜２ｆ０のような共振周波数ｆ０の周期的な信号であり、上記回路内を電流が流れることなく上記開閉器の閉操作をなし、この低不連続型の上記開閉器の操作モードは、上記変圧器の変圧比と、上記アクチュエータに等価なキャパシタンスの関数として定められる上記共振インダクタンスから得られる、ことを特徴とする少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置の電子操作方法にある。
【０００７】
他の１つの特徴によれば、少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置を制御計算機から電子的に操作する方法であって、上記制御装置は直流の電圧源から給電される直流／交流昇圧コンバータを含んでなり、上記直流／交流昇圧コンバータの高圧出力は、アクチュエータと共振インダクタンスとから構成される振動回路に接続され、上記直流／交流昇圧コンバータは、制御可能な少なくとも１つの開閉器を介して上記電圧源に接続された少なくとも１つの１次巻線と、上記圧電アクチュエータを励振するための交流信号を発生する単一の２次巻線とを有する少なくとも１つの変圧器を有する回路から構成された、少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置の電子操作方法において、
−上記変圧器と上記共振インダクタンスと上記アクチュエータとから構成される負荷の端子における電圧Ｖｃは、所定の減結合周波数ｆｒの方形の信号であり、
−上記負荷の中を流れる電流Ｉｃは、上記電圧ＶＣに対して進んだ位相の、上記減結合周波数ｆｒが共振周波数ｆ０の１／２と２倍との間に含まれた、すなわちｆ０／２＜ｆｒ＜２ｆ０のような上記共振周波数ｆ０の周期的な信号であり、制御する上記開閉器の中に電流が流れることなく上記開閉器の閉操作をなし、この低連続型の上記開閉器の操作モードは、上記変圧器の変圧比と、上記アクチュエータに等価なキャパシタンスの関数として定められる上記共振インダクタンスから得られる。
【０００８】
他の１つの特徴によれば、少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置を制御計算機から電子的に操作する方法であって、上記制御装置は直流の電圧源から給電される直流／交流昇圧コンバータを含んでなり、上記直流／交流昇圧コンバータの高圧出力は、アクチュエータと共振インダクタンスとから構成される振動回路に接続され、上記直流／交流昇圧コンバータは、制御可能な少なくとも１つの開閉器を介して上記電圧源に接続された少なくとも１つの１次巻線と、上記圧電アクチュエータを励振するための交流信号を発生する単一の２次巻線とを有する少なくとも１つの変圧器を有する回路から構成された、少なくとも１つの超音波圧電アクチュエータの制御装置の電子操作方法において、
−上記変圧器と上記共振インダクタンスと上記アクチュエータとから構成される負荷の端子における電圧Ｖｃは、所定の減結合周波数ｆｒの方形の信号であり、
上記負荷の中を流れる電流Ｉｃは、上記電圧ＶＣに対して遅れた位相の、上記減結合周波数ｆｒが共振周波数ｆ０の１／２よりも高い、すなわちｆｒ＞ｆ０／２のような上記共振周波数ｆ０の周期的な信号であり、制御する上記開閉器の端子における電圧がゼロであるときに上記開閉器の閉操作をなし、この超連続型の開閉器の操作モードは、上記変圧器の変圧比と、アクチュエータに等価なキャパシタンスの関数として定められる共振インダクタンスとから得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面によって例示された、超音波圧電アクチュエータの制御装置の電子操作の複数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は、４つの超音波圧電アクチュエータのグループの逐次制御装置の１実施の形態の電子回路図であり、
図２ａ、２ｂは、制御装置の出口の電圧と、圧電アクチュエータの端子における電圧の時間的変化を示すグラフであり、
図３は、圧電アクチュエータの、ブリッジからなる制御装置の１実施の形態の電子回路図であり、
図４ａは、本発明による、低不連続モードの、制御装置の操作によって生成される波形のグラフであり、
図４ｂ、４ｄは、低不連続モードの、ブリッジのトランジスタの端子における制御電圧の時間的変化を示すグラフであり、
図４ｃ、４ｅは、低不連続モードの、ブリッジのダイオードの端子における電圧を示すグラフであり、
図５ａは、本発明による、低連続モードの、制御装置の操作によって生成される波形のグラフであり、
図５ｂ、５ｄは、低連続モードの、ブリッジのトランジスタの端子における制御電圧の時間的変化を示すグラフであり、
図５ｃ、５ｅは、低連続モードの、ブリッジのダイオードの端子における電圧を示すグラフであり、
図６ａは、本発明による、超連続モードの、制御装置の操作によって生成される波形のグラフであり、
図６ｂ、６ｄは、超連続モードの、ブリッジのトランジスタの端子における制御電圧の時間的変化を示すグラフであり、
図６ｃ、６ｅは、超不連続モードの、ブリッジのダイオードの端子における電圧を示すグラフである。
【００１０】
実施の形態の非限定的なこれらの例に関して、異なる図において同一の参照符号を有する部品は、同じ結果を得るための同じ機能を果たす。
【００１１】
バッテリーあるいはＤＣコンバータの出力である直流電圧源から、１００ボルト以上の高電圧と、１０キロヘルツ以上の高周波数の正弦信号を、車両の各燃料噴射器の圧電セルに発生させることからなる本発明は、共振回路を構成するためのインダクタンスを介して上記の圧電セルの励振を実現する、種々のトポロジーによって、制御装置の操作方法を提案する。これらのトポロジーは、先に引用した特許出願に記載されている。これらの構造は、Ｎを選択的に４、５、６、８、１０または１２に等しい整数として、１〜Ｎの噴射器に有効である。以下の説明においては、非限定的な例として、制御される噴射器の数は４とする。
【００１２】
記載される全てのトポロジーは、２次の単一の巻線と、１次の１または２の巻線を有する、少なくとも１つの変圧器を有する構造を表わす。
【００１３】
単一の変圧器を有する、非限定的な構造を表わす図１によれば、４個の超音波圧電アクチュエータの中の１つの超音波圧電アクチュエータＩｉ（ｉは１〜４の整数）の制御装置は、直流電圧Ｅの電圧源Ｂ（例えば、バッテリーあるいはＤＣ−ＤＣコンバータの出力）を有する。電圧源Ｂの（−）端子は接地され、（＋）端子は、中央の負荷が変圧器の１次巻線であるブリッジ回路に接続されている。この変圧器は、図に星印が示されているような、同一の鉄心の回りに巻かれた、１次巻線Ｌ１と２次巻線Ｌ２との、２つの巻線を有する。変圧器の高圧出力の電圧ＶＳは、圧電性セラミックスＩｉと共振インダクタンスＬとから構成される振動回路に接続されている。この共振インダクタンスは、圧電噴射器の動作周波数の関数として定められる。共振インダクタンスは、変圧器の１次側に設けてもよいし、変圧器の漏洩インダクタンスで構成してもよい。
【００１４】
このブリッジ回路は、電圧源Ｂの端子に並列に設けられた、２つのアームから構成される。２つのアームのそれぞれは、それぞれ交互に制御可能な直列の２つの開閉器Ｐ１、Ｐ２と２つの開閉器Ｐ３、Ｐ４とからそれぞれ構成されている。２つアームのそれぞれの中央点は、１次巻線Ｌ１の２つの端子Ｊ１、Ｊ２へそれぞれ接続されている。
【００１５】
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ついて、図１は、並列に設けられた４個の圧電性セラミックスＩ１，…，Ｉｉ，…，Ｉ４を図示する。本発明の第１の実施の形態によれば、これらの圧電性セラミックスは、これらのものと直列に接続された制御可能な選択開閉器Ｋｉによって順次選択される。４個の噴射器Ｉｉは、一方では、各噴射器と順次に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、他方では、２個ずつ、それぞれリレーＲ１とＲ２を介して、選択開閉器Ｋ１とＫ２の一端子にそれぞれ接続されている。選択開閉器Ｋ１とＫ２の他端子は接地されている。噴射計算機は、まず第一にリレーを、次いで同時に選択開閉器とブリッジを操作して、制御する噴射器、すなわち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に、活動期間中に開口するべき噴射器を選択する。
【００１６】
この制御回路の機能は、様々な開閉器の制御によって行われる、以下のようなものである。第１段階においては、噴射計算機から送出された制御信号は、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の閉操作を行い、他方では、１次巻線Ｌ１の端子Ｊ１をバッテリーＢの（＋）端子へ接続し、１次巻線Ｌ１の端子Ｊ２をバッテリーＢの（−）端子へ接続する、ブリッジ開閉器Ｐ１とブリッジ開閉器Ｐ４との閉操作を同時に行う。瞬時Ｔ０とＴ１との間のこの時間間隔の間、１次巻線の端子における電圧ｖ１は＋Ｅに等しく、従って２次巻線Ｌ２の端子における電圧ＶＳは正で、変圧比の効果で＋ｍＥに等しく、計算機によって操作される選択開閉器Ｋｉによって選択されたアクチュエータＩｉから、電流が共振インダクタンスＬを通過することが可能になる。次に、瞬時Ｔ１とＴ２との間の次の時間間隔の間の第２段階においては、制御信号は、ブリッジ開閉器Ｐ１とＰ４の開操作を行い、同時にブリッジ開閉器Ｐ２とＰ３の閉操作を行う。このようにして、１次巻線Ｌ１の端子Ｊ１をバッテリーＢの（−）端子へ接続し、１次巻線Ｌ１の端子Ｊ２をバッテリーＢの（＋）端子へ接続する。１次巻線の両端子間の負の電圧ｖ１は−Ｅに等しい。従って２次巻線Ｌ２の端子における電圧ＶＳは負になり、−ｍＥに等しい。これらの２つの段階は、１００μｓと８ｍｓの間の噴射持続時間の間に多数回繰り返される。２次巻線Ｌ２の両端子間の時間の関数としての周期的な電圧ＶＳは、図２ａにグラフで示されている。従って、噴射器Ｉｉの端子における電圧Ｖｃｉは、図２ｂに示されたような、最大値＋Ｖｍと最小値−Ｖｍとの間で振動する、周期が２次巻線Ｌ２の端子における電圧ＶＳの周期と同一の、正弦波となる。次いで、噴射計算機は、並列に設けられたその他の噴射器Ｉｉを順次制御する。
【００１７】
瞬時ｔ０とｔ１との間の噴射器Ｉ１の励振のために、アクチュエータＩ１を共振インダクタンスＬへ接続する目的で、計算機は、リレーＲ２が休止位置にある時に、リレーＲ１を噴射器Ｉ１へ向けて静止させ、選択開閉器Ｋ１を閉じ、選択開閉器Ｋ２を開く。このようにして、瞬時ｔ０とｔ１との間、２次巻線Ｌ２の端子における電圧ＶＳは、両極値＋ｍＥと−ｍＥとの間で振動する方形の周期信号であり、アクチュエータＩ１の端子における電圧Ｖｃ１は、Ｇを共振インダクタンスＬと噴射器モデルとの間の共振利得として、両極値＋ｍＧＥと−ｍＧＥとの間で振動する正弦波である。この時、他の３つ噴射器は電圧を受けない。各選択開閉器の閉鎖持続時間ＴＫｉは、噴射器が４個のエンジンについて、１００μと５ｍｓの間で変化可能な噴射時間に該当する。各変圧器の２次巻線の端子における電圧ＶＳの方形の周期信号の周期ＴＰｉは、噴射器の構造に専ら依存し、共振振動数ＦＰｉは、１００ｋＨｚと１ＭＨｚの間で変化する。
【００１８】
リレーの休止位置から作動位置への移行時間は、開閉器の開閉時間に比して長いので、計算機は、次の瞬時ｔ３に、噴射器Ｉ３を励振することを可能にするために、瞬時ｔ２に、第２のリレーＲ２の作動位置への移行を操作する。
【００１９】
瞬時ｔ３において、リレーＲ２は噴射器Ｉ３への作動位置へ移行され、同時に、選択開閉器Ｋ１は瞬時ｔ１から開かれているが、選択開閉器Ｋ２は瞬時ｔ４まで閉じられる。従って、２次巻線Ｌ２の端子における電圧ＶＳは、共振インダクタンスＬと、その時に接続されている噴射器Ｉ３とによって構成される振動回路の共振を引き起こす。噴射器Ｉ３の端子における電圧Ｖｃ３の信号は、次の瞬時ｔ３とｔ４との間の、最大振幅がｍＧＥの正弦波である。
【００２０】
次の瞬時ｔ５とｔ６との間、選択開閉器Ｋ１は新たに閉じられ、選択開閉器Ｋ２は開かれる。しかし、リレーＲ１は噴射器Ｉ２へ向けて移行され、従って、その制御は瞬時ｔ０とｔ１との間に存在したものと逆になる。従って、噴射器Ｉ２の端子における電圧Ｖｃ２の信号は、次の瞬時ｔ５とｔ６との間、最大振幅がｍＧＥの正弦波となる。
【００２１】
次の瞬時ｔ７とｔ８との間、選択開閉器Ｋ２は新たに閉じられ、選択開閉器Ｋ１は開かれ、休止位置にあった２つのリレーＲ１とＲ２のうちのリレーＲ２は噴射器の圧電アクチュエータＩ４への作動位置へ移行され、制御は瞬時ｔ３とｔ４との間に存在したものと逆になる。従って、噴射器Ｉ４の端子における電圧Ｖｃ４の信号は、次の瞬時ｔ７とｔ８との間、最大振幅がｍＧＥの正弦波となる。
【００２２】
本発明は、正確にいえば、ブリッジの２つのアームの中央点を結ぶ、変圧器と共振インダクタンスとアクチュエータとから構成される負荷Ｃｈに対向するブリッジを、この負荷の中を循環する電流Ｉｃと、この負荷の端子における電圧Ｖｃに応じて制御する、ブリッジ開閉器の操作に関する。図３の実施例においては、ブリッジ開閉器Ｐｉは、それぞれ逆並列に接続されたトランジスタＴｉとダイオードＤｉから製作される。変圧器の２次巻線の端子における電圧ＶＳが圧電アクチュエータＩｉの励振を可能にするために、負荷の端子における電圧Ｖｃは、所定の減結合周波数ｆｒの方形のものでなければならない。
【００２３】
本発明の第１の特徴によれば、変圧器と、共振インダクタンスと、アクチュエータとから構成される負荷の端子における電圧Ｖｃは、所定の減結合周波数ｆｒの方形のものであり、負荷の中を流れる電流Ｉｃは、減結合周波数ｆｒが共振周波数ｆ０の２倍よりよりも小さい、すなわちｆｒ＜２ｆ０であるような周期的な信号である。従って、ブリッジ開閉器の閉時に、この回路の中で電流は流れない。この低不連続（hypo-discontinu）型の制御開閉器の操作モードは、変圧器の変圧比と、アクチュエータに等価なキャパシタンスの値の関数として定められる共振インダクタンスの値から得られる。これは、開閉器の閉時における開閉器のスイッチングによる損失を制限し、電流の切断による電磁両立性の影響を制限することを可能にする。
【００２４】
直流／交流昇圧コンバータは、圧電噴射器を操作するために望ましい減結合周波数ｆｒが、負荷の共振周波数ｆ０の２倍よりよりも小さくなるように寸法決めされる。
【００２５】
図４ａは、本発明による、低不連続モードの、制御装置の操作によって生成される波形を表わす。
【００２６】
与えられたアクチュエータＩの制御のために、制御計算機は、一方ではそのアクチュエータに接続された選択手段の閉操作と、他方では、同時に、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第１のトランジスタＴ１と第２のアームの第２の開閉器の第２のトランジスタＴ４とからなる第１の対の閉操作と、上記のアームのその他の開閉器のトランジスタＴ２及びＴ４からなる第２の対の開操作を行い、第２段階においては、変圧器の２次巻線の両端子間に周期的な電圧を得るように、上記の４つのブリッジ開閉器のトランジスタの逆の位置への置き換え操作を行う。これらの２つの段階は、直流電圧源から、圧電アクチュエータへ向けて、高電圧、高周波数の信号を発生させるために、アクチュエータの作動持続時間中、所定の回数繰り返される。
【００２７】
このように、第１段階が瞬時ｔ０とｔ３の間に行われ、第２段階が瞬時ｔ３とｔ６の間に行われる、相次ぐ２つの段階における、制御装置による４つの開閉器の操作の順序は以下の通りである。
【００２８】
第１段階開始の瞬時ｔ０において、ダイオードＤ１とＤ４における電流Ｉｃがゼロである時に、トランジスタＴ１とＴ４は閉に制御される。
【００２９】
瞬時ｔ０とｔ１の間、これらのトランジスタＴ１とＴ４は閉じられ、電流Ｉｃが流れるようにし、その間にダイオードＤ１とＤ４は電流が通過せず、ダイオードＤ１とＤ４の端子における電圧は＋Ｅに等しい。
【００３０】
瞬時ｔ１において、電流Ｉｃは反転し、２つのダイオードＤ１とＤ４を電流が通過するようになり、ダイオードＤ１とＤ４の端子における電圧はゼロであり、２つのトランジスタＴ１とＴ４は、これらのダイオードが導通しない瞬時ｔ１と瞬時ｔ２の間に、開に制御され、電流は消滅する。
【００３１】
第２段階開始の瞬時ｔ３において、ダイオードＤ２とＤ３における電流Ｉｃがゼロである時に、トランジスタＴ２とＴ３は閉じるように制御される。
【００３２】
瞬時ｔ３とｔ４の間、これらのトランジスタＴ２とＴ３は閉じられ、電流Ｉｃが流れるようにし、その間にダイオードＤ２とＤ３は導通しない。
【００３３】
瞬時ｔ４において、電流Ｉｃは反転し、２つのダイオードＤ２とＤ３を電流が通過するようになり、２つのトランジスタＴ２とＴ３は、これらのダイオードが導通しない瞬時ｔ４と瞬時ｔ５の間に、開に制御され、電流は新たに消滅する。
【００３４】
図４ｂ、４ｄは、ブリッジのトランジスタの端子における制御電圧の時間的変化を表わし、図４ｃ、４ｅは、導通状態であれ非導通状態であれ、ブリッジのこれらのトランジスタに並列に設けられたダイオードの端子における電圧を表わす。
【００３５】
本発明の第２の特徴によれば、変圧器と、共振インダクタンスと、アクチュエータとから構成される負荷の端子における電圧Ｖｃは、所定の減結合周波数ｆｒの方形の信号であり、負荷の中を流れる電流Ｉｃは、電圧ＶＣに対して進んだ位相の、減結合周波数ｆｒが共振周波数ｆ０の１／２と２倍との間に含まれる、すなわちｆ０／２＜ｆｒ＜２ｆ０であるような、共振周波数ｆ０の周期的な信号である。従って、制御開閉器における電流がゼロであるときに開閉器の開を操作する（「電流ゼロスイッチング」、ＺＣＳ）。この低連続（hypo-continu）型の制御開閉器の操作モードは、変圧器の変圧比の値と、アクチュエータに等価なキャパシタンスの値の関数として定められる共振インダクタンスの値とから得られる。この制御開閉器の操作モードは低連続型であるので、開時における開閉器のスイッチングによる損失を制限し、電流の切断による電磁両立性の影響を制限することを可能にする。
【００３６】
直流／交流昇圧コンバータは、圧電噴射器を操作するために望ましい減結合周波数ｆｒの共振周波数ｆ０に対する前述の条件を尊重して寸法決めされる。
【００３７】
図５ａは、本発明による、低連続モードの、制御装置のブリッジによって生成される波形を表わす。
【００３８】
第１段階が瞬時ｔ０とｔ２の間に行われ、第２段階が瞬時ｔ２とｔ４の間に行われる、相次ぐ２つの段階における、制御装置の４つの開閉器のトランジスタＴ１〜Ｔ４の操作の順序は以下の通りである。
【００３９】
瞬時ｔ０において、ダイオードＤ１とＤ４における電流Ｉｃがゼロで、他のダイオードＤ２とＤ３は導通状態の時に、トランジスタＴ１とＴ４は閉に制御される。
【００４０】
瞬時ｔ０とｔ１の間、これらのトランジスタＴ１とＴ４は閉じられ、電流Ｉｃが流れるようにし、その間に４つのダイオードＤ１〜Ｄ４には電流が通過しない。
【００４１】
瞬時ｔ１において、電流Ｉｃは反転し、２つのダイオードＤ１とＤ４を電流が通過するようになり、２つのトランジスタＴ１とＴ４は、これらのトランジスタを電流が流れない瞬時ｔ１と瞬時ｔ２の間に、開に制御される。
【００４２】
同じ瞬時ｔ２に、ダイオードＤ１とＤ４は依然導通状態にあるのに、トランジスタＴ２とＴ３は閉に制御される。この閉の瞬時に、ダイオードＤ１とＤ４は、自然に停止し、電流Ｉｃは同じ向きに流れる。
【００４３】
瞬時ｔ３とｔ４の間に電流Ｉｃは反転し、ダイオードＤ２とＤ３は導通状態になり、トランジスタＴ２とＴ３は開に制御され、これらのトランジスタにもはや電流Ｉｃはない。
【００４４】
瞬時ｔ４において、２つのトランジスタＴ１とＴ４は閉に制御され、ダイオードＤ２とＤ３は非導通状態になり、操作は瞬時ｔ０と瞬時ｔ４の間における順序と同じ順序で再開する。
【００４５】
図５ｂ、５ｄは、低連続モードの、ブリッジのトランジスタの端子における制御電圧の時間的変化を表わし、図５ｃ、５ｅは、ブリッジのこれらのトランジスタと並列に設けられた、導通状態または非導通状態のダイオードの端子における電圧を表わす。
【００４６】
本発明の第３の特徴によれば、変圧器と、共振インダクタンスと、アクチュエータとから構成される負荷の端子における電圧Ｖｃは、所定の減結合周波数ｆｒの方形の信号であり、負荷の中を流れる電流Ｉｃは、電圧ＶＣに対して遅れた位相の、減結合周波数ｆｒが共振周波数ｆ０の１／２よりも高い、すなわちｆｒ＞ｆ０／２であるような共振周波数ｆ０の周期的な信号である。従って、制御開閉器の端子における電圧がゼロであるときに開閉器を閉に操作する。この超連続（hyper-continu）型の制御開閉器の操作モードは、変圧器の変圧比の値と、アクチュエータに等価なキャパシタンスの値の関数として定められる共振インダクタンスの値とから得られる。超連続型の制御開閉器のこの操作モードは、開時における開閉器のスイッチングによる損失を制限し、電圧のスイッチングによる電磁両立性の影響を制限することを可能にする。この操作モードは、開閉器の端子における電圧がゼロである時に開閉器を閉にする制御のタイプ、すなわち「電圧ゼロスイッチング」、ＺＶＣである。
【００４７】
直流／交流昇圧コンバータは、圧電噴射器を操作するために望ましい減結合周波数ｆｒの共振周波数ｆ０に対する前述の条件を尊重して寸法決めされる。
【００４８】
図６ａは、本発明による、超連続モードの、制御装置のブリッジによって生成される波形を表わす。
【００４９】
第１段階が瞬時ｔ０とｔ２の間に行われ、第２段階が瞬時ｔ２とｔ４の間に行われる、相次ぐ２つの段階における、制御装置の４つの開閉器のトランジスタＴ１〜Ｔ４の操作の順序は以下の通りである。
【００５０】
瞬時ｔ０とｔ２の間において、トランジスタＴ１とＴ４は閉に制御されるが、２つのダイオードＤ１とＤ４は導通状態にあり、従ってこれらのトランジスタの端子における電圧はない。他のダイオードＤ２とＤ３は非導通状態にあり、２つのトランジスタＴ２とＴ３は開にされる。
【００５１】
瞬時ｔ１において、ダイオードＤ１とＤ４は停止される。
【００５２】
瞬時ｔ１とｔ２の間、トランジスタＴ１とＴ４は閉のままであり、電流Ｉｃが流される。
【００５３】
瞬時ｔ２において、トランジスタＴ１とＴ４は開に制御され、ダイオードとＤ２とＤ３は導通状態になり、トランジスタＴ２とＴ３の端子の電圧はなくなる。ダイオードＤ１とＤ４には電流は流れない。
【００５４】
瞬時ｔ２とｔ３の間に、トランジスタＴ２とＴ３は閉に制御され、引き続いて瞬時ｔ４に開に制御される。
【００５５】
図６ｂ、６ｄは、超連続モードの、ブリッジのトランジスタの端子における制御電圧の時間的変化を表わし、図６ｃ、６ｅは、ブリッジのこれらのトランジスタに並列の設けられた、導通状態または非導通状態の、ダイオードの端子における電圧を表わす。
【００５６】
本発明の他の一つの特徴によれば、操作方法は、変化する可能性のある直流電圧源のバッテリーの電圧Ｅと、圧電アクチュエータの操作信号の指令電圧の振幅とに応じて、低不連続型と低連続型と超連続型の開閉器操作の３モードを時系列的に組み合わせる。
【００５７】
アクチュエータの選択開閉器と変圧器の１次巻線のブリッジ開閉器は、電流に関して双方向に制御可能であり、そのため、直列または並列に設けられた２つの半導体から作ることができる。これは、例えば直列に設けられたＭＯＳＦＥＴまたは逆並列のダイオードを有するＩＧＢＴ型の２つのトランジスタでもよい。
【００５８】
アクチュエータを選択するリレーＲは、単安定で、休止接点と作動接点とを有する電気機械型のものである。
【００５９】
ブリッジ開閉器に関しては、バッテリーの直後に設けられるなら、電圧低下が小さいので、望ましくはＮチャネルのＭＯＳＦＥＴ型のものである。ＤＣ−ＤＣコンバータの後に設けられる場合には、これらの開閉器はＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴ型のものでもよい。
【００６０】
変圧器の選択開閉器に関しては、電圧低下が小さいので、望ましくはＰチャネルのＭＯＳＦＥＴ型のものである。
【図１】
2005530473.tif 000003
2005530473.tif 000004
【図３】
2005530473.tif 000005
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2005530473.tif 000007
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【国際調査報告】
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2005530473.tif 000010
2005530473.tif 000011
2005530473.tif 000012
2005530473.tif 000013
2005530473.tif 000014