(57)【要約】  とりわけ自動車の燃料噴射装置の圧電エレメント（１１，１２，１３，１４）をドライブ制御するための電気回路（１０）を開示する。圧電エレメント（１１，１２，１３，１４）に直列接続されている第１の測定抵抗（２４）が設けられている。２つの直列接続されたトランジスタ（２７，２８）が設けられており、その共通の接続点は圧電エレメント（１１，１２，１３，１４）に結合されている。更に、第２の測定抵抗（２９）が設けられている。２つのトランジスタ（２７，２８）および第２の測定抵抗（２９）は直列接続されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
例えば自動車の燃料噴射装置の圧電エレメントである圧電エレメント（１１，１２，１３，１４）をドライブ制御するための電気回路（１０）であって、該圧電エレメント（１１，１２，１３，１４）に直列に接続されている、電流測定のための第１の手段、例えば第１の測定抵抗（２４）と、共通の接続点が前記圧電エレメント（１１，１２，１３，１４）に結合されている２つの直列接続されたトランジスタ（２７，２８）と、電流測定のための第２の手段、例えば第２の測定抵抗（２９）とを備えている形式のものにおいて、
前記２つのトランジスタ（２７，２８）および電流測定のための第２の手段は直列に接続されている
ことを特徴とする電気回路（１０）。
【請求項２】
前記２つのトランジスタ（２７，２８）はコンデンサ（３９）に並列接続されており、かつコンデンサ（３９）および電流測定のための第２の手段は直列回路を形成する
請求項１記載の電気回路（１０）。
【請求項３】
電流測定のための２つの手段に結合されており、かつこれにより該２つの電流測定のための手段を介して流れる電流（１２４，１２９）を検出可能である制御装置を備えている、請求項１または２記載の電気回路（１０）であって、該電流（１２４，１２９）を前記圧電エレメント（１１，１２，１３，１４）の全体の充電期間または全体の放電期間に前記制御装置によって検出可能である
ことを特徴とする電気回路（１０）。
【請求項４】
前記電流測定のための２つの手段を介して流れる電流（Ｉ２４，Ｉ２９）は絶対値が実質的に同じ大きさであり、かつ前記制御装置はこれら電流が同じ大きさでないときに障害を識別する
請求項３記載の電気回路（１０）。
【請求項５】
前記制御装置は前記電流測定のための２つの手段を介して流れる電流（Ｉ２４，Ｉ２９）を加算し、かつ該制御装置は、結果生じた電流（ＮＳ）が許容領域（Ｔ）を超えるときに障害を識別する
請求項４記載の電気回路（１０）。
【請求項６】
例えば自動車の燃料噴射装置の圧電エレメントである圧電エレメント（１１，１２，１３，１４）に直列に接続されている、電流測定のための第１の手段、例えば第１の測定抵抗（２４）と、共通の接続点が前記圧電エレメント（１１，１２，１３，１４）に結合されている２つの直列接続されたトランジスタ（２７，２８）と、電流測定のための第２の手段、例えば第２の測定抵抗（２９）とを備えていて、該圧電エレメント（１１，１２，１３，１４）をドライブ制御するための方法において、電流測定のための２つの手段を介して流れる２つの電流（Ｉ２４，Ｉ２９）が相互に比較され、かつ２つの電流（１２４，１２９）の絶対値が実質的に同じ大きさでないときに、障害が識別される
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
２つの電流（Ｉ２４，Ｉ２９）が加算され、かつ加算電流（ＮＳ）が許容領域（Ｔ）を超えるときに障害が識別される
請求項６記載の方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載の方法において使用するためにプログラミングされている
ことを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項９】
制御装置用電気的記録媒体において、該電気的記録媒体に、請求項６または７に記載の方法において使用するためにプログラミングされているコンピュータプログラムが記憶されている
ことを特徴とする電気的記憶媒体。
【請求項１０】
例えば自動車の燃料噴射装置のための制御装置において、請求項６または７に記載の方法において使用するために構成されていることを特徴とする制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
本発明は、請求項1の上位概念によるとりわけ自動車における燃料噴射装置の圧電エレメントのドライブ制御のための電気回路から出発している。本発明は同様に、圧電エレメントをドライブ制御するための相応の方法、並びに相応のコンピュータプログラム、相応の電気的なメモリ媒体および殊に自動車の燃料噴射装置に対する相応の制御装置に関する。
【０００２】
請求項１の上位概念に記載の電気回路はＥＰ１１３９４２２Ａ１から公知である。そこでは、圧電エレメントとトランジスタとから成る複数の直列回路が相互に並列に接続されている。この並列回路に直列に第１の測定抵抗がアースに向かって接続されている。他方においてこの並列回路はチョークコイルを介して２つの直列にアースに向かって接続されているトランジスタの共通の接続点に接続されている。２つのトランジスタに並列に、１つのコンデンサと第２の測定抵抗とから成る直列回路がアースに向かって接続されている。
【０００３】
ＥＰ１１３９４４２Ａ１においては充電過程の前または放電過程の前、つまり電流が圧電エレメントの１つを介して流れる前に、圧電エレメントが短絡を有しているかどうかが検査される。このために充電または放電過程の前の予め定めた持続時間の間に、測定抵抗の１つを介して電流が流れるかどうかが検査される。流れていれば、エラーが存在している。
【０００４】
すなわちこの検査のために所定の時間間隔が必要であり、従ってこの間には充電または放電過程のために使用することができない。この結果、例えば自動車の燃料噴射装置における小さな噴射量は低下した正確さを以てしか圧電エレメントにより調量することができないことになる。
【０００５】
発明の課題および利点
本発明の課題は、起こり得るエラーについての検査が簡単な手法で可能であり、しかもこれにより例えば小さな噴射量を有する噴射に関連した欠点を甘受する必要がない、圧電エレメントのドライブ制御のための電気的な回路を提供することである。
【０００６】
この課題は冒頭に述べたような形式の電気的な回路において本発明により請求項１の特徴部分に記載の構成によって解決される。同様にこの課題は請求項６に記載の方法によって解決される。
【０００７】
本発明によれば、２つのトランジスタおよび第２の測定抵抗が直接に接続されている。従ってＥＰ１１３９４４２Ａ１とは異なって電流は圧電エレメントの１つの全体の充電または全体の放電の期間に常に第２の測定抵抗を介して流れる。これにより、相応の圧電エレメントを介して流れる電流を全体の充電または全体の放電の期間に２つの測定抵抗を用いて監視することが可能である。
【０００８】
従って本発明の電気的な回路の機能性は圧電エレメントの充電または放電の期間に実施することができる。従って、ＥＰ１１３９４４２Ａ１では行われているように、充電または放電過程前の電気的な回路の検査は必要でない。このために必要な時間間隔はなくなる。従って電気的な回路の本発明の検査は例えば、内燃機関の燃料噴射装置における小さな燃料量の噴射に対して不都合な影響を及ぼすことはない。
【０００９】
本発明の有利な発展形態において、２つの測定抵抗に結合されており、かつこれら２つの測定抵抗を介して流れる電流を検出することができる制御装置が設けられている。２つのトランジスタおよび第２の測定抵抗の直列回路を通って電流は圧電エレメントの１つの全体の充電または放電過程の間に制御装置によって検出されることができる。従って制御装置は本来の充電または放電過程の前に検査を実施する必要はない；既に言ったように、このために必要な時間間隔は生じない。
【００１０】
２つの測定抵抗を介して流れる２つの電流の絶対値がほぼ同じ大きさであり、かつそうではないときに制御装置がエラーを識別するようにすれば特別有利である。これは非常に簡単だが、にも拘わらず信頼できる、本発明の電気的な回路の機能性の検査である。
【００１１】
本発明の有利な実施形態において制御装置は２つの測定抵抗を流れる２つの電流を加算し、かつ生じた電流が許容域を上回るときに、制御装置によって障害もしくはエラーが識別される。
【００１２】
本発明の実施例
本発明のその他の特徴、実施態様および利点は、図面の各図に示された本発明の実施例の以下の説明から明らかになる。ここで説明または示されるすべての特徴は、それらが特許請求の範囲（独立請求項または従属請求項）、実施例の説明および図面のいずれに記載されているかに拘わらず、単独でもまたは任意に組み合わせても、本発明の対象となりうる。
【００１３】
図１は殊に自動車の燃料噴射装置の圧電エレメントのドライブ制御のための電気的な回路の概略図を示し、
図２ａおよび２ｂは電流の向きが示されている図１の回路を示し、および
図３ａおよび３ｂは図２ａおよび２ｂの回路における電流の時間経過を略示している。
【００１４】
図１に、４つの圧電エレメント１１，１２，１３，１４を有している電気的な回路１０が示されている。これとは違った数の圧電エレメントを設けでもいいことは勿論である。圧電エレメント１１，１２，１３，１４は殊に自動車の燃料噴射装置において、燃料の噴射のために使用することができる。
【００１５】
圧電エレメント１１，１２，１３，１４のそれぞれに抵抗１５が並列接続されている。更に圧電エレメント１１，１２，１３，１４のそれぞれにトランジスタ１６，１７，１８，１９が直列接続されている。トランジスタ１６，１７，１８，１９のそれぞれに、フリーホイールダイオード２０が並列接続されている。
【００１６】
４つの圧電エレメント１１，１２，１３，１４は相互に並列接続されている。従って圧電エレメント１１，１２，１３，１４に直列接続されている４つのトランジスタ１６，１７，１８，１９も相互に並列接続されている。これらトランジスタ１６，１７，１８，１９の一方の側において、この並列回路はアースに通じている第１の測定抵抗２４と接続されている。
【００１７】
第１の測定抵抗２４は電流測定のために用いられる。第１の測定抵抗２４に代わって電流測定のための別の手段を使用してもよいことは勿論のことである。
【００１８】
他方の側、すなわち圧電エレメント１１，１２，１３，１４の側において並列回路はコイル２５およびセーフティフリーホイールダイオード２６のアノードに接続されている。セーフティフリーホイールダイオード２６のカソードは２つのトランジスタ２７，２８と第２の測定抵抗２９との直接回路を介してアースされている。
【００１９】
第２の測定抵抗２９は電流測定のために用いられる。第２の測定抵抗２９に代わって電流測定のための別の手段を使用してもよいことは勿論のことである。
【００２０】
２つのトランジスタ２７，２８のそれぞれに、フリーホイールダイオード３０が並列接続されている。２つのトランジスタ２７，２８の共通の接続点はコイル２５に接続されている。
【００２１】
これまで説明してきた回路１０はアースされているバッテリー３４からエネルギーが供給される。バッテリー３４に並列に平滑コンデンサ３５がアースされている。バッテリー３４の＋極は直流電圧変換器３６に接続されており、これはアースされているトランジスタ３７によって制御される。直流電圧変換器３６の、バッテリー３４とは反対の側はダイオード３８のアノードと接続されており、ダイオードのカソードはセーフティフリーホイールダイオード２６のカソードと相互接続されている。
【００２２】
２つのダイオード２６，３８のこの共通の接続点にコンデンサ３９が接続されており、これは更に第２の測定抵抗２９と接続されている。更にこの共通の接続点に、アース接続されている分圧器４０が接続されている。別の分圧器４１がセーフティフリーホイールダイオード２６のアノードから出てアースに接続されている。
【００２３】
圧電エレメント１１，１２，１３，１４に配属されているトランジスタ１６，１７，１８，１９、２つのトランジスタ２７，２８、並びに直流電圧変換器３６に配属されているトランジスタ３７はいわゆるＡＳＩＣ４５（ＡＳＩＣ＝application specific integrated circuit）に接続されておりかつこれによって制御される。２つの測定抵抗２４，２９並びに２つの分圧器４０，４１はこのＡＳＩＣにも接続されており、ここに電流もしくは電圧を供給する。
【００２４】
これにより電気的な回路１０はＡＳＩＣ４５によってドライブ制御される。ＡＳＩＣ４５の方は図示されていないマイクロプロセッサによってドライブ制御される。従ってＡＳＩＣ４５は、出力段を形成する回路１０とマイクロプロセッサとの間のインタフェースを形成している。
【００２５】
電気的な回路１０、ＡＳＩＣ４５およびマイクロプロセッサは一緒に制御装置を形成している。しかし圧電エレメント１１，１２，１３，１４は制御装置の外部にあり、更に電気的な回路１０もしくは上述したＡＳＩＣ４５の外部に配置されておりかつ接続線路、例えばワイヤハーネスを介して電気的な回路１０に接続されている。
【００２６】
制御装置は、圧電エレメント１１，１２，１３，１４に供給される電流を開ループおよび／または閉ループ制御するために用いられる。このために制御装置は、電気的な記憶媒体、特にフラッシュメモリを備えた上述のマイクロプロセッサの形のコンピュータを有している。この記憶媒体上にはコンピュータ上で実行されるコンピュータプログラムが記憶されている。このコンピュータプログラムは、圧電エレメント１１，１２，１３，１４を流れる電流を調節しかつこれにより所望の開ループ制御および／または閉ループ制御を実施するのに適している。
【００２７】
バッテリー３４は例えば１２Ｖまたは２４Ｖの直流電圧を有している。直流電圧変換器３６を介してこの直流電圧は例えば２４０Ｖに変換される。この昇圧変換された直流電圧は分圧器４０に加わるので、この電圧は分圧器４０を介してＡＳＩＣ４５によって求められるようにすることができる。更にこの昇圧変換された直流電圧はコンデンサ３９を充電する。コンデンサ３９に加わる電圧は２つのトランジスタ２７，２８の直列接続にも加わる。
【００２８】
２つのトランジスタ２７，２８によって常に１つが、ＡＳＩＣ４５によってドライブ制御される。更に２つのトランジスタ２７，２８はドライブ制御される場合、タイミングをとられて導通接続される。トランジスタ２７が導通接続されると、圧電エレメント１１，１２，１３，１４の１つが充電されるようにすることができる。これに対してトランジスタ２８が導通接続されると、１つの充電された圧電エレメント１１，１２，１３，１４が放電されるようにすることができる。それぞれの圧電エレメント１１，１２，１３，１４に加わる電圧はＡＳＩＣ４５によって分圧器４１を用いて求められるようにすることができる。コイル２５を用いて充電または放電時に流れる電流の上昇が制限される。トランジスタ１６，１７，１８，１９を用いて、充電されるべき圧電エレメント１１，１２，１３，１４をＡＳＩＣ４５によって選択することができる。
【００２９】
圧電エレメント１１，１２，１３，１４の１つの充電について次に図２ａ、図３ａに基づいて説明する。
【００３０】
例えば圧電エレメント１１が充電されるべきであれば、トランジスタ１６，２７がＡＳＩＣ４５によって最初に導通制御される。電流はコンデンサ３９から、導通制御されたトランジスタ２７を介し、コイル２５を介して、圧電エレメント１１を介して、導通制御されたトランジスタ１６を介して、第１の測定抵抗２４を介して、アースを介して流れかつ第２の測定抵抗２９を介してコンデンサ３９に戻る。この電流の流れは図２ａにおいて太い実線４６として示されている。
【００３１】
その後にトランジスタ２７が遮断される。電流がコイル２５から、圧電エレメント１１を介して、導通接続されたトランジスタ１６を介して、第１の測定抵抗２４を介して、アースを介して、第２の測定抵抗２９を介してかつ２つのフリーホールダイオードのうちで下方のフリーホイール３０とを介して流れ、コイル２５に戻る。この電流の流れは、図２ａでは破線４７として示されている。
【００３２】
その後、トランジスタ２７が再び導通接続され、電流が再び電流の流れ４６に従って流れる。トランジスタ２７のこのようなタイミング制御は、圧電エレメント１１が所望の電圧に充電されるまで続行される。
【００３３】
図３ａに、両測定抵抗２４，２９を流れる電流が時間ｔ軸上にプロットされている。上方のグラフで示された電流Ｉ２４は測定抵抗２４を流れる電流であり、下方のグラフで示された電流Ｉ２９は測定抵抗２９を流れる電流である。更に図３ａには、圧電エレメント１１を所望の仕方で充電するためにトランジスタ２７がタイミング制御される充電持続時間ＬＴがプロットされている。
【００３４】
図２ａの２つの電流経過特性４６，４７から、測定抵抗２４を流れる電流は常に測定抵抗２９を介しても流れることが分かる。これにより電流Ｉ２４は常に電流１２９と絶対値で見て同じである。更に、図２ａの電流特性４６，４７から、両方の電流Ｉ２４，Ｉ２９が常に反対方向に、従って反対の極性を以て２つの測定抵抗２４，２９を介して流れることが分かる。このことからして全体的に、図３ａの２つの線図に示されている、２つの電流Ｉ２４，１２９の特性経過が生じることになる。
【００３５】
その際図３ａの電流Ｉ２４の上昇側縁は図２ａの電流経過４６に相応し、一方電流Ｉ２４の下降側縁は電流経過４７に相応する。反対に、図３ａの電流Ｉ２９の下降側縁は図２ａの電流経過４６に相応しかつ電流Ｉ２９の上昇側縁は電流経過４７に相応する。
【００３６】
説明したように、２つの測定抵抗２４，２９はＡＳＩＣ４５に接続されている。従って測定抵抗２４，２９を介して流れる２つの電流Ｉ２４，Ｉ２９はＡＳＩＣ４５によって捕捉検出することができる。これに基づいて２つの電流Ｉ２４，Ｉ２９はＡＳＩＣ４５によって加算される。反対である極性および２つの電流Ｉ２４，Ｉ２９の絶対値の一致に基づいて、この加算により電流ＮＳが生じる。この電流は図３ａの３段目の線図に示されている。
【００３７】
圧電エレメント１１，１２，１３，１４のうち１つの圧電エレメントの放電は基本的に、圧電エレメント１１，１２，１３，１４のうち１つの圧電エレメントの上述の充電に相応するが、その際にはとりわけ電流方向が変化する。この放電を以下、図２ｂ，３ｂに基づいて説明する。
【００３８】
例えば圧電エレメント１１の放電が行われる場合、トランジスタ２８およびトランジスタ１６がＡＳＩＣ４５によってまず導通接続される。図２ｂで太線４８として示されたような電流の流れで、電流が流れる。その後、トランジスタ２８が遮断される。図２ｂで破線４９として示されたような電流の流れで電流が流れる。その後、トランジスタ２８は再び導通接続され、電流は再び電流の流れ４８に従って流れる。トランジスタ２８のこのようなタイミング制御は、圧電エレメント１１の放電が所望の程度になるまで続けられる。
【００３９】
図３ｂに、両測定抵抗２４，２９を流れる電流が時間ｔ軸上にプロットされている。上方の線図で示された電流Ｉ２４は測定抵抗２４を流れる電流であり、下方の線図で示された電流Ｉ２９は測定抵抗２９を流れる電流である。更に図３ｂには、圧電エレメント１１の放電を所望の仕方で行うためにトランジスタ２８がタイミング制御される放電持続時間ＥＴがプロットされている。
【００４０】
図２ｂの２つの電流経過特性４８，４９から、測定抵抗２４を流れる電流は常に測定抵抗２９を介しても流れることが分かる。これにより電流Ｉ２４は常に電流Ｉ２９と絶対値で見て同じである。更に、図２ｂの電流特性４８，４９から、両方の電流Ｉ２４，Ｉ２９が常に反対方向に、従って反対の極性を以て２つの測定抵抗２４，２９を介して流れることが分かる。このことからして全体的に、図３ｂの２つの線図に示されている、２つの電流Ｉ２４，Ｉ２９の特性経過が生じることになる。
【００４１】
その際図３ｂの電流Ｉ２４の下降側縁は図２ｂの電流経過４８に相応し、一方電流Ｉ２４の上昇側縁は電流経過４９に相応する。反対に、図３ｂの電流Ｉ２９の上昇側縁は図２ｂの電流経過４８に相応しかつ電流Ｉ２９の下降側縁は電流経過４９に相応する。
【００４２】
説明したように、２つの測定抵抗２４，２９はＡＳＩＣ４５に接続されている。従って測定抵抗２４，２９を介して流れる２つの電流Ｉ２４，Ｉ２９はＡＳＩＣ４５によって捕捉検出することができる。これに基づいて２つの電流Ｉ２４，Ｉ２９はＡＳＩＣ４５によって加算される。反対である極性および２つの電流Ｉ２４，Ｉ２９の絶対値の一致に基づいて、この加算により電流ＮＳが生じる。この電流は図３ｂの３段目の線図に示されている。
【００４３】
両方の場合、すなわち圧電エレメント１１の充電の際にも放電の際にも、電流ＮＳは制御装置によって予め定めた範囲内に収まっているかどうか監視される。つまり図３ａ，３ｂにおいて上側の境界ＴＯおよび下側の境界ＴＵは予め定められ、これらで許容領域Ｔが定義される。
【００４４】
こうして制御装置は、電流ＮＳがこの許容領域Ｔ内にあるかどうかを監視する。そうであれば、このことから少なくとも、電気回路１０の正しい機能が推定される。
【００４５】
次に説明する障害時において電流ＮＳは許容領域Ｔを上回る。このことは制御装置によって識別されかつこのことから電気回路１０の障害が推定される。
【００４６】
圧電エレメント１１，１２，１３，１４の１つに圧電エレメントの２つの接続線路の、バッテリー３４の正の接続端子に対する、ひいてはバッテリー３４から供給される直流電圧に対する短絡が生じると、−短絡した圧電エレメントに属するトランジスタが導通状態になった後で−短絡した圧電エレメントから電流が導通状態になる所属のトランジスタを介しておよび第１の測定抵抗２４を介してアースに流れる。しかし第２の測定抵抗２９を介しては電流は流れない。従って２つの電流Ｉ２４，Ｉ２９の加算は零とは大幅に異なっている電流ＮＳを供給する。これにより、許容領域Ｔをはみ出しかつこれを以て短絡が識別されることになる。
【００４７】
圧電エレメント１１，１２，１３，１４の１つに圧電エレメントの２つの接続線路の１つの、アースに対する短絡が生じると、圧電エレメントの充電の際に第２の測定抵抗２９を介して、コンデンサ３９を介して、導通接続されているトランジスタ２７を介しておよびコイル２５を介してアースに接続されている圧電エレメントに電流が流れる。しかし第１の測定抵抗２４を介しては電流は流れない。従って２つの電流Ｉ２４，Ｉ２９の加算は零とは大幅に異なっている電流ＮＳを供給する。これにより、許容領域Ｔをはみ出しかつこれを以て短絡が識別されることになる。
【００４８】
制御装置によってこれまで行ってきた説明に相応して障害が識別されると、トランジスタ１１，１２，１３，１４およびトランジスタ２７，２８のいずれのドライブ制御も中断されかつ電気回路１０は作動安全な状態に移行される。
【００４９】
電気回路１０の説明した障害監視は連続的に実施することができる。しかし殊に、トランジスタ１６，１７，１８，１８の１つがドライブ制御されるときにだけ実施される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】自動車の燃料噴射装置の圧電エレメントのドライブ制御のための電気的な回路の概略図
【図２ａ】電流の向きが示されている図１の回路
【図２ｂ】電流の向きが示されている図１の回路
【図３ａ】図２ａの回路における電流の時間経過の略図
【図３ｂ】図２ｂの回路における電流の時間経過の略図
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【国際調査報告】
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