(57)【要約】【課題】  ピエゾアクチュエータの充電や放電の過程を均一化し、充電によるピエゾアクチュエータの伸長や放電による縮小の挙動のばらつきを低減する。【解決手段】  ピエゾアクチュエータ２を供給元または供給先としてピエゾアクチュエータ２とコンデンサ１２間の通電経路３１，３２を流れる電流を調整する電流調整手段４ａ，４ｂと、ピエゾアクチュエータ２の駆動電力を検出する電力検出手段５と、ピエゾアクチュエータ２の駆動期間の各時点ごとに、予め各時点に対応して設定された駆動電力の目標値を出力する目標値出力手段６と、駆動電力の検出値が目標値となるように前記電流調整手段４ａ，４ｂを制御する充放電制御手段７とを具備せしめて、ピエゾアクチュエータ２の充電過程や放電過程を均一化する。【選択図】        図１ 
2005039990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電または放電による駆動で作動状態が切り換わるピエゾアクチュエータを駆動対象とする駆動回路であって、電源と、前記ピエゾアクチュエータを供給先または供給元として流れる電流を調整する電流調整手段と、前記ピエゾアクチュエータの駆動時に前記電流調整手段を制御する充放電制御手段とを有するピエゾアクチュエータ駆動回路において、
前記ピエゾアクチュエータの駆動電力を検出する電力検出手段と、
前記ピエゾアクチュエータの駆動期間の各時点ごとに、予め前記各時点に対応して設定された前記駆動電力の目標値を出力する目標値出力手段とを具備せしめ、
前記充放電制御手段は、前記駆動期間の各時点において前記駆動電力の検出値が前記目標値となるように、かつ、駆動開始からの経過時間が予め設定した所定時間になると前記駆動期間を終了とするように、前記電流調整手段に対する制御を設定したことを特徴とするピエゾアクチュエータ駆動回路。
【請求項２】
充電または放電による駆動で作動状態が切り換わるピエゾアクチュエータを駆動対象とする駆動回路であって、電源と、前記ピエゾアクチュエータを供給先または供給元として流れる電流を調整する電流調整手段と、前記ピエゾアクチュエータの駆動時に前記電流調整手段を制御する充放電制御手段とを有するピエゾアクチュエータ駆動回路において、
前記ピエゾアクチュエータの駆動電流を検出する電流検出手段と、
前記ピエゾアクチュエータの駆動期間の各時点ごとに、予め前記各時点に対応して設定された前記駆動電流の目標値を出力する目標値出力手段とを具備せしめ、
前記充放電制御手段は、前記駆動期間の各時点において前記駆動電流の検出値が前記目標値となるように、かつ、駆動開始からの経過時間が予め設定した所定時間になると前記駆動期間を終了とするように、前記電流調整手段に対する制御を設定したことを特徴とするピエゾアクチュエータ駆動回路。
【請求項３】
請求項１または２いずれか記載のピエゾアクチュエータ駆動回路において、前記目標値は一定値であるピエゾアクチュエータ駆動回路。
【請求項４】
充電または放電による駆動で作動状態が切り換わるピエゾアクチュエータを駆動対象とする駆動回路であって、電源と、前記ピエゾアクチュエータを供給先または供給元として流れる電流を調整する電流調整手段と、前記ピエゾアクチュエータの駆動時に前記電流調整手段を制御する充放電制御手段とを有するピエゾアクチュエータ駆動回路において、
前記ピエゾアクチュエータの端子間電圧を検出する電圧検出手段と、
前記ピエゾアクチュエータの駆動期間の各時点ごとに、予め前記各時点に対応して設定された前記端子間電圧の目標値を出力する目標値出力手段とを具備せしめ、
前記充放電制御手段は、前記駆動期間の各時点において前記端子間電圧の検出値が前記目標値となるように、かつ、駆動開始からの経過時間が予め設定した所定時間になると前記駆動期間を終了とするように、前記電流調整手段に対する制御を設定したことを特徴とするピエゾアクチュエータ駆動回路。
【請求項５】
請求項４記載のピエゾアクチュエータ駆動回路において、前記目標値は、駆動開始からの経過時間に対して直線的に変化するピエゾアクチュエータ駆動回路。
【請求項６】
充電または放電による駆動で作動状態が切り換わるピエゾアクチュエータを駆動対象とする駆動回路であって、電源と、前記ピエゾアクチュエータを供給先または供給元として流れる電流を調整する電流調整手段と、前記ピエゾアクチュエータの駆動時に前記電流調整手段を制御する充放電制御手段とを有するピエゾアクチュエータ駆動回路において、
前記ピエゾアクチュエータの駆動電力を検出するとともに  検出された駆動電力を前記ピエゾアクチュエータの駆動期間の開始から積算することにより駆動エネルギーを検出する駆動エネルギー検出手段と、
前記ピエゾアクチュエータの駆動期間の各時点ごとに、予め前記各時点に対応して設定された前記駆動エネルギーの目標値を出力する目標値出力手段とを具備せしめ、
前記充放電制御手段は、前記駆動期間の各時点において前記駆動エネルギーの検出値が前記目標値となるように、かつ、駆動開始からの経過時間が予め設定した所定時間になると前記駆動期間を終了とするように、前記電流調整手段に対する制御を設定したことを特徴とするピエゾアクチュエータ駆動回路。
【請求項７】
請求項１ないし６いずれか記載のピエゾアクチュエータ駆動回路において、前記電源と前記ピエゾアクチュエータとをインダクタを介して結ぶ第１の通電経路と、前記電源をバイパスし前記インダクタとピエゾアクチュエータとを結ぶ第２の通電経路とを有しており、
前記電流調整手段として、前記第１の通電経路を断接する充電スイッチが設けられており、
前記充放電制御手段は、前記ピエゾアクチュエータの充電駆動時には、前記充電スイッチのオンオフの繰り返しにより、前記充電スイッチのオン期間に漸増する充電電流を前記第１の通電経路に流し、前記充電スイッチのオフ期間にピーク電流で折り返して漸減する充電電流を前記第２の通電経路に流すように設定したピエゾアクチュエータ駆動回路。
【請求項８】
請求項１ないし６いずれか記載のピエゾアクチュエータ駆動回路において、前記電源と前記ピエゾアクチュエータとをインダクタを介して結ぶ第１の通電経路と、前記電源をバイパスし前記インダクタとピエゾアクチュエータとを結ぶ第２の通電経路とを有しており、
前記電流調整手段として、前記第２の通電経路を断接する放電スイッチが設けられており、
前記充放電制御手段は、前記ピエゾアクチュエータの放電駆動時には、前記放電スイッチのオンオフの繰り返しにより、前記放電スイッチのオン期間に漸増する放電電流を前記第２の通電経路に流し、前記放電スイッチのオフ期間にピーク電流で折り返して漸減する放電電流を前記第１の通電経路に流すように設定したピエゾアクチュエータ駆動回路。
【請求項９】
請求項７または８いずれか記載のピエゾアクチュエータ駆動回路において、前記充放電制御手段には、前記目標値を挟む二つの値をしきい値として前記検出値と前記しきい値とを比較してその大小を二値判定する比較手段であって、
前記検出値が大側のしきい値を上回ったときと、前記検出値が小側のしきい値を下回ったときとに判定出力が切り換わるヒシテリシスを有する比較手段を具備せしめ、前記判定出力に基づき、前記検出値が大側のしきい値を上回ったときにスイッチをオフし、前記検出値が小側のしきい値を下回ったときにスイッチをオンするように設定したピエゾアクチュエータ駆動回路。
【請求項１０】
請求項１ないし９いずれか記載のピエゾアクチュエータ駆動回路において、前記電源はバッテリの端子間電圧を出力するものであるピエゾアクチュエータ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はピエゾアクチュエータ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピエゾアクチュエータは、ＰＺＴ等の圧電材料の圧電作用を利用したもので、例えば、内燃機関の燃料噴射装置に適用され、燃料噴射用のインジェクタにおいて燃料の噴射とその停止とを切り換える手段として用いられたものが知られている。ピエゾアクチュエータは、圧電材料からなる圧電層と電極層とが交互に積層するコンデンサ構造を有し、充電により伸長し、縮小するときは放電する。ピエゾスタックが伸長時および縮小時のみ通電がなされる方式のアクチュエータである。
【０００３】
ピエゾアクチュエータ駆動回路は、充電または放電による駆動でピエゾアクチュエータの作動状態を伸長と縮小とに切り換えるもので、電源と、ピエゾアクチュエータを供給先または供給元として流れる電流を調整する電流調整手段と、前記ピエゾアクチュエータの駆動時に前記電流調整手段を制御する充放電制御手段とを有している。
【０００４】
ピエゾアクチュエータの駆動電圧は、ピエゾスタックを伸縮するのに必要な電場を発生させる電圧値が要求される。このため、ピエゾアクチュエータの駆動は、従来より、駆動用の回路（ピエゾアクチュエータ駆動回路）に、バッテリ電圧、例えば１２Ｖを１５０Ｖ以上の高電圧に昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータが設けられて、該ＤＣ−ＤＣコンバータからコンデンサに高電圧にて予め充電をしておき、このピエゾアクチュエータの電源としてのコンデンサからピエゾアクチュエータを充電する。例えば、コンデンサとピエゾアクチュエータとをインダクタを介して結ぶ第１の通電経路と、前記コンデンサをバイパスし前記インダクタとピエゾアクチュエータとを結ぶ第２の通電経路とが設けられ、電流調整手段として、前記第１の通電経路を断接する充電スイッチと、前記第２の通電経路を断接する放電スイッチが設けられる。そして、ピエゾアクチュエータの充電駆動時には、前記充電スイッチのオンオフの繰り返しにより、充電スイッチのオン期間に漸増する充電電流を第１の通電経路に流し、充電スイッチのオフ期間にピーク電流で折り返して漸減する充電電流を第２の通電経路に流す。ピエゾアクチュエータの放電駆動時には、放電スイッチのオンオフの繰り返しにより、放電スイッチのオン期間に漸増する放電電流を第２の通電経路に流し、放電スイッチのオフ期間にピーク電流で折り返して漸減する放電電流を第１の通電経路に流す。
【０００５】
ところで、今日、ピエゾスタックと類似の構造を有するセラミックコンデンサでは、１層の厚さが数μｍのものが実用化されており、ピエゾスタックでも薄膜化が進み、低電圧での駆動が可能になってくるものと考えられる。一方、自動車用のバッテリは、車載機器の増大による消費電力が増大する傾向があることから、損失を低減すべくバッテリ電圧の高電圧化が検討されている。また、ハイブリッド車では高電圧のバッテリシステムを搭載している。このため、ＤＣ−ＤＣコンハータを省略した回路構成も検討されている。
【０００６】
また、ピエゾアクチュエータ駆動回路にＤＣ−ＤＣコンバータを使用しないものとして、下記特許文献１には、バッテリとピエゾアクチュエータ間にトランスを介設した回路構成のものが開示されており、トランスの昇圧作用を利用してピエゾアクチュエータに高駆動電圧を印加可能としている。このものでは、バッテリと一次側コイルとの間を接続する通電経路に充電スイッチが、ピエゾアクチュエータと二次側コイルとの間を接続する通電経路に放電スイッチが設けられている。充電駆動は充電スイッチをオンしてトランスの一次側コイルにバッテリから電流を流した後、充電スイッチをオフすることで、二次側コイルにフライバック電流を流し、ピエゾアクチュエータを充電するものである。また、放電駆動は、放電スイッチをオンしてピエゾアクチュエータからトランスの二次側コイルに電流を流した後、放電スイッチをオフすることで、二次側コイルにフライバック電流を流す。これも、スイッチのオンオフを繰り返すことにより充電や放電が進行する。
【特許文献１】特開２００２−１０１６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の技術では、コンデンサやバッテリの出力電圧すなわち電源の出力電圧の変動や、ピエゾアクチュエータの容量の変動で充電の過程や放電の過程が均一でなくなり、所期の充電量までの所要時間がばらつく。このため、ピエゾアクチュエータが伸長する時、縮小する時に挙動が均一でなくなり、例えば伸長速度や縮小速度がばらつく。前記燃料噴射装置に適用した例でいえば、噴射量の調量精度や噴射時期の制御性が低下するおそれがある。特に、噴射量の指令値が小さい噴射を含むマルチ噴射の場合に問題となる。
【０００８】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、充電の過程または放電の過程が均一で所定の時間をかけて充電や放電を完了し、ピエゾアクチュエータの挙動が均一なピエゾアクチュエータ駆動回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明では、充電または放電による駆動で作動状態が切り換わるピエゾアクチュエータを駆動対象とする駆動回路であって、電源と、前記ピエゾアクチュエータを供給先または供給元として流れる電流を調整する電流調整手段と、前記ピエゾアクチュエータの駆動時に前記電流調整手段を制御する充放電制御手段とを有するピエゾアクチュエータ駆動回路において、
前記ピエゾアクチュエータの駆動電力を検出する電力検出手段と、
前記ピエゾアクチュエータの駆動期間の各時点ごとに、予め前記各時点に対応して設定された前記駆動電力の目標値を出力する目標値出力手段とを具備せしめ、
前記充放電制御手段は、前記駆動期間の各時点において前記駆動電力の検出値が前記目標値となるように、かつ、駆動開始からの経過時間が予め設定した所定時間になると前記駆動期間を終了とするように、前記電流調整手段に対する制御を設定する。
【００１０】
ピエゾアクチュエータの駆動電力が各時点で到達すべき目標値で推移するので、充電過程や放電過程が、電源の出力電圧やピエゾアクチュエータの容量のばらつき等によらず均一化される。そして、このため所定時間が経過すると、目標とした量のエネルギーがピエゾアクチュエータにおいて供給または回収されたことが知られる。これにより、ピエゾアクチュエータの挙動のばらつきを低減することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明では、充電または放電による駆動で作動状態が切り換わるピエゾアクチュエータを駆動対象とする駆動回路であって、電源と、前記ピエゾアクチュエータを供給先または供給元として流れる電流を調整する電流調整手段と、前記ピエゾアクチュエータの駆動時に前記電流調整手段を制御する充放電制御手段とを有するピエゾアクチュエータ駆動回路において、
前記ピエゾアクチュエータの駆動電流を検出する電流検出手段と、
前記ピエゾアクチュエータの駆動期間の各時点ごとに、予め前記各時点に対応して設定された前記駆動電流の目標値を出力する目標値出力手段とを具備せしめ、
前記充放電制御手段は、前記駆動期間の各時点において前記駆動電流の検出値が前記目標値となるように、かつ、駆動開始からの経過時間が予め設定した所定時間になると前記駆動期間を終了とするように、前記電流調整手段に対する制御を設定する。
【００１２】
ピエゾアクチュエータの駆動電流が各時点で到達すべき目標値で推移するので、充電過程や放電過程が、電源の出力電圧やピエゾアクチュエータの容量のばらつき等によらず均一化される。そして、このため所定時間が経過すると、目標とした量の電荷がピエゾアクチュエータにおいて供給または回収されたことが知られる。これにより、ピエゾアクチュエータの挙動のばらつきを低減することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明では、請求項１または２の発明の構成において、前記目標値は一定値とする。
【００１４】
駆動電力や駆動電流の目標値を一定値とすることで、目標値の出力や、電流調整手段の制御を簡易になし得る。また、駆動電力や駆動電流の積算値であるエネルギーや電荷が時間に対して直線的に変化するので、ピエゾアクチュエータの状態を容易に把握することができる。
【００１５】
請求項４記載の発明では、充電または放電による駆動で作動状態が切り換わるピエゾアクチュエータを駆動対象とする駆動回路であって、電源と、前記ピエゾアクチュエータを供給先または供給元として流れる電流を調整する電流調整手段と、前記ピエゾアクチュエータの駆動時に前記電流調整手段を制御する充放電制御手段とを有するピエゾアクチュエータ駆動回路において、
前記ピエゾアクチュエータの端子間電圧を検出する電圧検出手段と、
前記ピエゾアクチュエータの駆動期間の各時点ごとに、予め前記各時点に対応して設定された前記端子間電圧の目標値を出力する目標値出力手段とを具備せしめ、
前記充放電制御手段は、前記駆動期間の各時点において前記端子間電圧の検出値が前記目標値となるように、かつ、駆動開始からの経過時間が予め設定した所定時間になると前記駆動期間を終了とするように、前記電流調整手段に対する制御を設定する。
【００１６】
ピエゾアクチュエータの端子間電圧が各時点で到達すべき目標値で推移するので、充電過程や放電過程が、電源の出力電圧やピエゾアクチュエータの容量のばらつき等によらず均一化される。これにより、ピエゾアクチュエータの挙動のばらつきを低減することができる。
【００１７】
請求項５記載の発明では、請求項４の発明の構成において、前記目標値は、駆動開始からの経過時間に対して直線的に変化するようにする。
【００１８】
ピエゾアクチュエータの端子間電圧が時間に対して直線的に変化するので、ピエゾアクチュエータの状態を容易に把握することができる。
【００１９】
請求項６記載の発明では、充電または放電による駆動で作動状態が切り換わるピエゾアクチュエータを駆動対象とする駆動回路であって、電源と、前記ピエゾアクチュエータを供給先または供給元として流れる電流を調整する電流調整手段と、前記ピエゾアクチュエータの駆動時に前記電流調整手段を制御する充放電制御手段とを有するピエゾアクチュエータ駆動回路において、
前記ピエゾアクチュエータの駆動電力を検出するとともに  検出された駆動電力を前記ピエゾアクチュエータの駆動期間の開始から積算することにより駆動エネルギーを検出する駆動エネルギー検出手段と、
前記ピエゾアクチュエータの駆動期間の各時点ごとに、予め前記各時点に対応して設定された前記駆動エネルギーの目標値を出力する目標値出力手段とを具備せしめ、
前記充放電制御手段は、前記駆動期間の各時点において前記駆動エネルギーの検出値が前記目標値となるように、かつ、駆動開始からの経過時間が予め設定した所定時間になると前記駆動期間を終了とするように、、前記電流調整手段に対する制御を設定する。
【００２０】
ピエゾアクチュエータの駆動期間中、駆動期間の開始からの駆動エネルギーが各時点で到達すべき目標値で推移するので、充電過程や放電過程が、電源の出力電圧やピエゾアクチュエータの容量のばらつき等によらず均一化される。そして、このため所定時間が経過すると、目標とした量のエネルギーがピエゾアクチュエータにおいて供給または回収されたことが知られる。これにより、ピエゾアクチュエータの挙動のばらつきを低減することができる。
【００２１】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし６の発明を適用して好適な基本構成を提案するものであり、ピエゾアクチュエータ駆動回路を、前記電源と前記ピエゾアクチュエータとをインダクタを介して結ぶ第１の通電経路と、前記電源をバイパスし前記インダクタとピエゾアクチュエータとを結ぶ第２の通電経路とを有しており、
前記電流調整手段として、前記第１の通電経路を断接する充電スイッチが設けられており、
前記充放電制御手段は、前記ピエゾアクチュエータの充電駆動時には、前記充電スイッチのオンオフの繰り返しにより、前記充電スイッチのオン期間に漸増する充電電流を前記第１の通電経路に流し、前記充電スイッチのオフ期間にピーク電流で折り返して漸減する充電電流を前記第２の通電経路に流すように設定した構成とする。
【００２２】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし６の発明を適用して好適な別の基本構成を提案するものであり、前記電源と前記ピエゾアクチュエータとをインダクタを介して結ぶ第１の通電経路と、前記電源をバイパスし前記インダクタとピエゾアクチュエータとを結ぶ第２の通電経路とを有しており、
前記電流調整手段として、前記第２の通電経路を断接する放電スイッチが設けられており、
前記充放電制御手段は、前記ピエゾアクチュエータの放電駆動時には、前記放電スイッチのオンオフの繰り返しにより、前記放電スイッチのオン期間に漸増する放電電流を前記第２の通電経路に流し、前記放電スイッチのオフ期間にピーク電流で折り返して漸減する放電電流を前記第１の通電経路に流すように設定した構成とする。
【００２３】
請求項９記載の発明では、請求項７または８の発明の構成において、前記充放電制御手段には、前記目標値を挟む二つの値をしきい値として前記検出値と前記しきい値とを比較してその大小を二値判定する比較手段であって、前記検出値が大側のしきい値を上回ったときと、前記検出値が小側のしきい値を下回ったときとに判定出力が切り換わるヒシテリシスを有する比較手段を具備せしめ、前記判定出力に基づき、前記検出値が大側のしきい値を上回ったときにスイッチをオフし、前記検出値が小側のしきい値を下回ったときにスイッチをオンするように設定する。
【００２４】
目標値を挟む二つのしきい値を所望する挟み込み幅に設定すれば、外乱ノイズなどを除外するフィルタ効果を発揮できて、狙いの充放電量を高精度に制御できる。
【００２５】
請求項１０記載の発明では、請求項１ないし９の発明の構成において、前記電源はバッテリの端子間電圧を出力するものとする。
【００２６】
かかる、ＤＣ−ＤＣコンバータを介さずに給電する構成では、バッテリ電圧のばらつきが直接にピエゾスタックの充電過程に影響するが、請求項１ないし８の発明によりピエゾスタックの充電過程や放電過程を均一化することができるので、特に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（第１実施形態）
図１に本発明のピエゾアクチュエータ駆動回路を示す。ピエゾアクチュエータ駆動回路が駆動対象とするピエゾアクチュエータ２は例えば内燃機関において燃料を噴射するインジェクタに搭載されたものである。気筒ごとにインジェクタを有する構成の場合であれば、ピエゾアクチュエータ２は並列に気筒数分接続され、各ピエゾアクチュエータ２に１対１に対応して気筒選択用のスイッチが直列に設けられる。気筒選択用のスイッチは噴射すべき気筒に対応するピエゾアクチュエータ２のものがオンして、当該ピエゾアクチュエータ２のみが選択的に駆動されることになる。なお、ピエゾアクチュエータ駆動回路には、ＥＣＵ９から、ピエゾアクチュエータ２の充電駆動の開始時期および放電駆動の開始時期を規定する駆動信号が入力している。駆動信号は前記内燃機関に則していえば、インジェクタの開弁時期および閉弁時期を規定し、その長さが略噴射時間を規定する。ＥＣＵ９はマイクロコンピュータなどにより構成された電子制御ユニットであり、例えば内燃機関の各部の運転状態を検出するセンサの検出信号に基づいて駆動信号などを出力する。
【００２８】
電源１は、車載のバッテリ１１とその出力端に並列に接続されたコンデンサ１２とを有し、ピエゾアクチュエータ２の充電用の電圧を出力する。バッテリ１１は例えば４２Ｖのバッテリシステム等が採用し得る。コンデンサ１２は十分静電容量の大きなものが望ましい。
【００２９】
電源１とピエゾアクチュエータ２とをインダクタ３０１を介して結ぶ第１の通電経路３１が設けてあり、第１の通電経路３１には、さらに、電源１とインダクタ３０１間にこれらと直列に第１のスイッチング素子４ａが介設されている。第１のスイッチング素子４ａはＭＯＳＦＥＴで構成され、その寄生ダイオード（以下、第１の寄生ダイオードという）４１ａはコンデンサ１２の端子間電圧（以下、適宜、コンデンサ電圧という）が逆バイアスとなるように接続される。
【００３０】
また、インダクタ３０１とピエゾアクチュエータ２とは第２の通電経路３２により結ばれている。この通電経路３２は、インダクタ３０１と第１のスイッチング素子４ａの接続中点に接続される第２のスイッチング素子４ｂを有している。第２の通電経路３２は電源１をバイパスして、インダクタ３０１、ピエゾアクチュエータ２および第２のスイッチング素子４ｂを通る閉回路を形成している。第２のスイッチング素子４ｂもＭＯＳＦＥＴで構成され、その寄生ダイオード（以下、第２の寄生ダイオードという）４１ｂは、コンデンサ電圧が逆バイアスとなるように接続される。
【００３１】
スイッチング素子４ａ，４ｂの各ゲートには後述するドライバ回路８ａ，８ｂからそれぞれ制御信号が入力しており、スイッチング素子４ａ，４ｂがオンオフすることにより、ピエゾアクチュエータ２を供給先または供給元とする電流（以下、適宜、ピエゾアクチュエータ電流という）を調整するようになっている。スイッチング素子４ａはピエゾアクチュエータ２の充電駆動用のもので、以下、適宜、充電スイッチ４ａという。スイッチング素子４ｂはピエゾアクチュエータ２の放電駆動用のもので、以下、適宜、放電スイッチ４ｂという。
【００３２】
ピエゾアクチュエータ２と接地間には低抵抗値（例えば０．０１Ω）の抵抗器５１が設けてある。その端子間電圧によりピエゾアクチュエータ電流が検出されるようになっている。
【００３３】
また、ピエゾアクチュエータ２の端子間電圧（以下、適宜、ピエゾアクチュエータ電圧という）がバッファ５２を介して、電流の検出信号としての抵抗器５１の端子間電圧とともに乗算回路５３に入力している。乗算回路５３はバッファ５２、抵抗器５１とともに電力検出手段５を構成し、ピエゾアクチュエータ電圧とピエゾアクチュエータ電流との積、すなわちピエゾアクチュエータ２の駆動電力に比例した電圧を出力する（以下、出力信号を電力検出信号という）。例えば、１００Ｗに対して１Ｖを出力する。なお、バッファ５２が設けられているのは、ピエゾアクチュエータ電圧をハイインピーダンスで受けるためである。
【００３４】
前記電力検出信号は、充放電制御手段であるスイッチ制御回路７において、充電スイッチ４ａおよび放電スイッチ４ｂの制御に供される。スイッチ制御回路７は、コンパレータ７１ａ、抵抗器７２ａ，７３ａ、アンドゲート７４ａ、ワンショット回路７５ａが充電スイッチ４ａの制御用の回路部分を構成する。また、正負を反転する反転アンプ７０ｂ、コンパレータ７１ｂ、抵抗器７２ｂ，７３ｂ、アンドゲート７４ｂ、ワンショット回路７５ｂ、インバータ７６ｂが充電スイッチ４ｂの制御用の回路部分を構成する。
【００３５】
最初に充電スイッチ４ｂの制御用の回路部分から説明する。前記電力検出信号はコンパレータ７１ａの−入力端子に入力している。コンパレータ７１ａの＋入力端子には、基準電圧発生回路６ａの出力信号が抵抗器７２ａを介して入力している。基準電圧発生回路６ａは出力電圧可変で、ＥＣＵ９により設定された基準電圧を発生、出力する。コンパレータ７１ａの（＋）入力端子の入力電圧は、前記抵抗器７２ａと、コンパレータ７１ａの（＋）入力端子と出力端子との間に接続された抵抗器７３ａとによりヒシテリシスがかけられている。電力検出信号が十分に低ければ、コンパレータ７１ａの出力電圧は「１」レベルであり、前記電力検出信号の大きさが基準電圧＋ヒステリシス分を越えると、コンパレータ７１ａの出力電圧が「０」レベルとなるとともに、（＋）入力端子の入力電圧が基準電圧−ヒステリシス分に低下する。逆にこの状態から、前記電力検出信号の大きさが基準電圧−ヒステリシス分よりも低下すると、コンパレータ７１ａの出力電圧が「１」レベルとなるとともに、（＋）入力端子の入力電圧が基準電圧＋ヒステリシス分に上昇する。
【００３６】
コンパレータ７１ａの出力電圧は、充電スイッチ４ａのドライバ回路８ａへの入力信号を生成するアンドゲート７４ａに入力し、ドライバ回路８ａはアンドゲート７４ａの出力が「１」レベルのとき充電スイッチ４ａをオンする。アンドゲート７４ａには、前記コンパレータ７１ａの出力信号とは別にワンショット回路７５ａの出力信号が入力している。ワンショット回路７５ａは、外部からの駆動信号が立ち上がりエッジでトリガされて一定の長さ（１５０μｓｅｃ）のパルス信号を出力する。したがって、駆動信号が「１」レベルに立上がると、その直後の前記一定の長さの期間、充電スイッチ４ａは電力検出信号の大きさに基づいてオンとオフとが切り換えられる。パルス信号が非出力状態では充電スイッチ４ａはオフに固定される。すなわち、前記パルス信号は、ピエゾアクチュエータ２の充電期間の長さを規定する。
【００３７】
一方、放電スイッチ４ｂの制御用の回路部分は、充電スイッチ４ａの制御用の回路と基本構成が類似の回路であり、相違点を中心に説明する。放電駆動時にはピエゾアクチュエータ電流はピエゾアクチュエータ２を供給元として流れるためその向きが逆になって電力検出信号は負値をとる。このため、電力検出信号が反転アンプ７０ｂで正負が反転されてコンパレータ７１ｂの（−）入力端子に入力する。コンパレータ７１ｂの＋入力端子には、基準電圧発生回路６ｂの出力信号が抵抗器７２ｂを介して入力している。基準電圧発生回路６ｂはＥＣＵ９により設定された基準電圧を発生、出力する。そして、前記電力検出信号の大きさが基準電圧＋ヒシテリシス分を越えるまでは、コンパレータ７１ｂの出力電圧は「１」レベルであり、前記電力検出信号の大きさが基準電圧＋ヒシテリシス分を越えると、コンパレータ７１ｂの出力電圧が「０」レベルとなるとともに、（＋）入力端子の入力電圧が基準電圧−ヒシテリシス分に低下する。逆にこの状態から、前記電力検出信号の大きさが基準電圧−ヒシテリシス分よりも低下すると、コンパレータ７１ｂの出力電圧が「１」レベルとなるとともに、（＋）入力端子の入力電圧が基準電圧＋ヒシテリシス分に上昇する。
【００３８】
コンパレータ７１ｂの論理出力は、放電スイッチ４ｂのドライバ回路８ｂへの入力信号を生成するアンドゲート７４ｂに入力する。ドライバ回路８ｂはアンドゲート７４ｂの論理出力が「１」レベルのとき放電スイッチ４ｂをオンする。ワンショット回路７５ｂは、インバータ７６ｂを介して入力する駆動信号により制御され、インバータ７６ｂの出力信号の立上がりエッジ、すなわち駆動信号の立下がりエッジにて一定の長さ（例えば１５０μｓｅｃ）のパルス信号を出力する。したがって、駆動信号が「０」レベルに立下がると、その直後の前記一定の長さの期間、放電スイッチ４ｂは電力検出信号の大きさに基づいてオンとオフとが切り換えられる。すなわち、前記パルス信号は、ピエゾアクチュエータ２の放電期間の長さを規定する。
【００３９】
図２は本ピエゾアクチュエータ駆動回路の各部の作動を示すタイミングチャートであり、前半がピエゾアクチエータ２の伸長時すなわち充電時のもので、後半が縮小時すなわち放電時のものである。ＥＣＵ９が設定する基準電圧発生回路６ａ，６ｂの基準電圧は充電駆動期間中、放電駆動期間中、一定値として説明する。初期状態では、コンデンサ１２はバッテリ電圧まで充電されている。充電スイッチ４ａおよび放電スイッチ４ｂはオフである。ピエゾアクチュエータ電圧は０Ｖである。ここで、駆動信号が「１」レベルに立上がると、ワンショット回路７５ａをトリガし、充電期間を規定するパルス信号が出力される。乗算回路５３からの電力検出信号は０Ｖであり、コンパレータ７１ａの論理出力は「１」レベルである。したがって、充電スイッチ４ａがオンし、第１の通電経路３１を使って、ピエゾアクチュエータ２の充電が開始される。ピエゾアクチエータ電流は上昇し、充電が進行するとともにピエゾアクチエータ電圧が上昇する。これにより、駆動電力も上昇していく。そして、電力検出信号が基準電圧＋ヒシテリシス分を越えるとコンパレータ７１ａの論理出力が「０」レベルに変わって、充電スイッチ４ａがオフするが、インダクタ３０１に蓄積されたエネルギーにより、第２の寄生ダイオード４１ｂを通る第２の通電経路３２を使って、漸減するフライホイール電流がピエゾアクチュエータ２に流れ続ける。このとき、駆動電力は漸減する。
【００４０】
そして、電力検出信号の大きさが基準電圧−ヒシテリシス分を下回ると、コンパレータ７１ａの論理出力が再び「１」レベルとなって、充電スイッチ４ａがオンする。これが繰り返される。基準電圧は一定値であるから、駆動電力が充電期間の各時点において略一定に維持されることになる。このときの駆動電力は、基準電圧発生回路６ａが出力する基準電圧で規定されており、基準電圧発生回路６ａは充電期間の各時点において駆動電力の目標値を出力していることになる。これにより、駆動電力が充電期間中の各時点において基準電圧で規定される前記目標値で略一定に維持され、駆動電力の積算値として与えられるピエゾアクチュエータ２の蓄積エネルギーは、充電開始からの経過時間すなわち駆動信号が出力されてからの経過時間に正比例して上昇する。
【００４１】
そして、ワンショット回路７５ａからのパルス信号の出力期間が終了し、アンドゲート７４ａの入力信号が「０」レベルになると、充電スイッチ４ａがオフに固定され、充電が完了となる。
【００４２】
前記のごとく、ピエゾアクチュエータ２の蓄積エネルギーが充電開始からの経過時間に正比例して上昇するので、バッテリ電圧の変動やピエゾアクチュエータ２の容量の変動によらず、ピエゾアクチュエータ２の蓄積エネルギーが辿る過程、すなわち充電過程が均一である。また、駆動電力の積算値を積算することなく、充電スイッチ４ａがオフに固定されたとき、すなわち充電が完了したときの蓄積エネルギーを一定とすることができる。
【００４３】
次にピエゾアクチュエータ２の縮小時すなわち放電時の作動について説明する。前記のごとく、ピエゾアクチュエータ２が伸長を完了した状態では、ピエゾアクチュエータ２には目標とする規定量のエネルギーが蓄積されている。充電スイッチ４ａおよび放電スイッチ４ｂはオフである。ピエゾアクチュエータ電圧は、前記蓄積エネルギーに応じた電圧であるが、ピエゾアクチュエータ１の容量が温度等で変わると異なる。ここで、駆動信号が「０」レベルに立下がると、ワンショット回路７５ｂをトリガし、放電期間を規定するパルス信号が出力される。乗算回路５３からの電力検出信号は０Ｖであり、コンパレータ７１ｂの論理出力は「１」レベルである。したがって、放電スイッチ４ｂがオンし、第２の通電経路３２を使って、放電が開始される。ピエゾアクチュエータ電流は上昇し、放電が進行するとともにピエゾアクチュエータ電圧が低下する。これにより、駆動電力も上昇していく。そして、電力検出信号の大きさが基準電圧＋ヒシテリシス分を越えると、コンパレータ７１ｂの出力が「０」レベルに変わって、放電スイッチ４ｂがオフするが、インダクタ３０１に蓄積されたエネルギーにより、第１の寄生ダイオード４１ａを通る第１の通電経路３１を使って、漸減するフライホイール電流がピエゾアクチュエータ２からコンデンサ１２に流れ続ける。このとき、駆動電力は漸減する。
【００４４】
そして、電力検出信号の大きさが基準電圧−ヒシテリシス分を下回ると、コンパレータ７１ｂの出力が再び「１」レベルとなって、放電スイッチ４ｂがオンする。これが繰り返される。したがって、駆動電力が放電期間の各時点において略一定に維持されることになる。このときの駆動電力は、基準電圧発生回路６ｂが出力する基準電圧で規定されており、基準電圧発生回路６ｂは放電期間の各時点において駆動電力の目標値を出力していることになる。これにより、駆動電力が放電期間中の各時点において基準電圧で規定される前記目標値で略一定に維持され、駆動電力の積算値であるピエゾアクチュエータ２の蓄積エネルギーは、放電開始からの経過時間すなわち駆動信号が出力されてからの経過時間に対し直線的に低下する。
【００４５】
そして、ワンショット回路７５ｂからのパルス信号が非出力になると、アンドゲート７４ｂの出力が「０」レベルとなって、放電スイッチ４ｂがオフに固定され、放電が完了となる。
【００４６】
前記のごとく、ピエゾアクチュエータ２の蓄積エネルギーが放電開始からの経過時間に対し直線的に低下するので、バッテリ電圧の変動やピエゾアクチュエータ２の容量の変動によらず、ピエゾアクチュエータ２の残存エネルギーが辿る過程、すなわち放電過程が均一である。また、電力の積算値を積算することなく、蓄積エネルギーの回収の完了とともに放電スイッチ４ｂがオフに固定される。
【００４７】
このように本ピエゾアクチュエータ駆動回路によれば、ピエゾアクチュエータ２の充電の過程や放電の過程が均一であり、ピエゾアクチュエータ２の伸長および縮小という挙動のばらつきを低減することができる。これにより、例えば噴射時期や噴射量を一定にすることができる。なお、ＥＣＵ９は、基準電圧発生回路６ａ，６ｂが基準電圧として定電圧を出力するようにしているが、ピエゾアクチュエータ２の要求される作動特性に応じて、駆動期間（充電期間、放電期間）の各時点ごとに、各時点に対応して駆動電力の目標値を規定する基準電圧を出力するようにしてもよい。例えば、駆動期間の前半では基準電圧を高く、後半では低くする。また、基準電圧が定電圧となる場合には、基準電圧発生回路６ａ，６ｂは、その出力電圧値がＥＣＵ９により設定される構成でなくともよいのは勿論である。
【００４８】
図３は充電過程におけるピエゾアクチュエータの変位の経時変化を示すもので、ピエゾアクチュエータの変位が時間の経過とともに蓄積エネルギーが増大するのに応じて大きくなっていく。図中、本ピエゾアクチュエータ駆動回路（本発明）のものと併せて、本ピエゾアクチュエータ駆動回路と比較する別のピエゾアクチュエータ駆動回路（比較例）のものを示している。比較例の制御方式は充電スイッチ４ａのオン期間を一定で駆動し、充電期間として充電開始から所定時間が経過したら充電終了とするものである。そして、充電期間中にはピエゾアクチュエータの駆動電力の積算値（駆動エネルギー）を検出し、充電期間終了時点での駆動エネルギーとその目標値との差分に基づいて次回の充電期間におけるオン期間の長さを再設定している。このものでも、ピエゾアクチュエータの駆動エネルギーが目標値で一定になるようにすることで所期の変位が得られるが、雰囲気温度が低くピエゾアクチュエータの容量が小さくなると、充電により一気にピエゾアクチュエータ電圧が上昇し、電源電圧とピエゾアクチュエータ電圧との差が小さくなって電流が流れにくくなることに基因して充電期間の終期側ほどピエゾアクチュエータへのエネルギー投入速度が鈍る傾向が現れる。一方、雰囲気温度が高くピエゾアクチュエータの容量が大きくなると、ピエゾアクチュエータおよびインダクタよりなる共振回路の時定数が大きくなるから、それにより充電期間の初期における充電スイッチのオフ期間が長くなる。このため、充電期間の初期側ほどピエゾアクチュエータへのエネルギー投入速度が遅くなる傾向が現れる。このように、雰囲気温度の変動などに基因してピエゾアクチュエータの容量が変動すると、ピエゾアクチュエータの変位プロファイルが一定しない。
【００４９】
これに対して本ピエゾアクチュエータ駆動回路では、充電期間の各時点において、駆動電力が、基準電圧発生回路６ａが出力する基準電圧で規定される目標値となるように充電スイッチ４ａが制御されるから、所定の長さの充電期間の途中の各時点においてエネルギー投入速度がピエゾアクチュエータ２の容量のばらつきによらず、基準電圧発生回路６ａ，６ｂが出力する基準電圧で規定されるピエゾアクチュエータ２の変位の経時プロファイルが得られる。本実施形態ではピエゾアクチュエータ２の変位の目標とする経時プロファイルは直線である。このため、基準電圧発生回路６ａが出力する基準電圧は充電期間の各時点において一定値とし、ピエゾアクチュエータ２の蓄積エネルギーの経時プロファイルが直線状となるようにしている。なお、放電期間においても同様に、ピエゾアクチュエータ２の容量のばらつきによらず、基準電圧発生回路６ｂが出力する基準電圧で規定されるピエゾアクチュエータ２の変位の経時プロファイルが得られるのは勿論である。
【００５０】
（第２実施形態）
図４に本発明の第２実施形態になるピエゾアクチュエータ駆動回路を示す。本ピエゾアクチュエータ駆動回路は基本的な構成は第１実施形態のものと同じで、図中、第１実施形態と同じ作動をする部分には同じ番号を付して第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００５１】
本ピエゾアクチュエータ駆動回路では、コンパレータ７１ａの（−）入力端子の入力する入力信号、反転アンプ７０ｂを介してコンパレータ７１ｂの（−）入力端子に入力する入力信号が、ピエゾアクチュエータ２を供給先としてまた供給元として流れる電流（ピエゾアクチュエータ電流）を検出する電流検出手段である抵抗器５１の端子間電圧である（以下、適宜、該端子間電圧を電流検出信号という）。また、スイッチ制御回路７Ａは、基準電圧発生回路６ａＡ，６ｂＡが出力する基準電圧、ヒステリシス分を規定する抵抗器７２ａＡ，７３ａＡ，７２ｂＡ，７３ｂＡの抵抗値が、コンパレータ７１ａの（−）入力端子に入力する入力信号が電流検出信号に代わったことに伴い、適宜、設定される。基準電圧発生回路６ａＡ，６ｂＡは第１実施形態と同様にＥＣＵ９Ａにより設定される定電圧を出力する。ＥＣＵ９Ａはコンパレータ７１ａの（−）入力端子に入力する入力信号が電流検出信号に代わったことに伴い基準電圧発生回路６ａＡ，６ｂＡの設定電圧値に必要に応じて変更が加えられる以外、実質的に第１実施形態のものと同じである。
【００５２】
図５は本ピエゾアクチュエータ駆動回路の各部の作動状態を示すタイミングチャートで、駆動信号が「１」レベルになると、ワンショット回路７５ａをトリガし、充電期間を規定するパルス信号が出力される。電流検出信号は０Ｖであり、コンパレータ７１ａの出力は「１」レベルである。したがって、充電スイッチ４ａがオンし、充電が開始される。ピエゾスタック電流は上昇し、充電が進行する。そして、電流検出信号が基準電圧＋ヒシテリシス分を越えるとコンパレータ７１ａの出力が「０」レベルに変わって、充電スイッチ４ａがオフするが、インダクタ３０１に蓄積されたエネルギーにより、漸減するフライホイール電流がピエゾアクチュエータ２を供給先として流れ続ける。
【００５３】
そして、電流検出信号が基準電圧−ヒシテリシス分を下回ると、コンパレータ７１ａの論理出力が再び「１」レベルとなって、充電スイッチ４ａがオンする。これが繰り返される。したがって、ピエゾアクチュエータ電流が、基準電圧±ヒシテリシス分の範囲で略一定に維持されることになる。これにより、ピエゾアクチュエータ電流の積算値であるピエゾアクチュエータ２の蓄積電荷量は、充電開始からの経過時間すなわち駆動信号が出力されてからの経過時間に正比例して上昇する。
【００５４】
そして、ワンショット回路７５ａからのパルス信号が非出力となると、アンドゲート７４ｂの論理出力が「０」レベルとなって、充電スイッチ４ｂがオフに固定され、充電が完了となり。
【００５５】
前記のごとく、ピエゾアクチュエータ２の電荷量が充電開始からの経過時間に正比例して上昇するので、バッテリ電圧の変動やピエゾアクチュエータ２の容量の変動によらず、ピエゾアクチュエータ２の蓄積電荷が辿る過程、すなわち充電過程が均一である。また、ピエゾアクチュエータ電流の積算値を積算することなく、充電スイッチ４ａがオフに固定されたとき、すなわち充電が完了したときの蓄積電荷量を目標とする電荷量にすることができる。
【００５６】
次にピエゾアクチュエータ２の縮小時すなわち放電時の作動について説明する。前記のごとく、ピエゾアクチュエータ２が伸長を完了した状態では、ピエゾアクチュエータ２には規定量の電荷が蓄積されている。充電スイッチ４ａおよび放電スイッチ４ｂはオフである。ピエゾアクチュエータ電圧は、前記電荷量に応じた電圧であるが、ピエゾアクチュエータ２の容量が温度等で変わると異なる。ここで、駆動信号が「０」レベルになると、ワンショット回路７５ｂをトリガし、放電期間を規定するパルス信号が出力される。電流検出信号は０Ｖであり、コンパレータ７１ｂの出力は「１」レベルである。したがって、放電スイッチ４ｂがオンし、放電が開始される。ピエゾアクチュエータ電流は上昇し、放電が進行するとともにピエゾアクチュエータ電圧が低下する。電流の向きは充電時と逆である。そして、電流検出信号が基準電圧＋ヒシテリシス分を越えるとコンパレータ７１ｂの出力が「０」レベルに変わって、放電スイッチ４ｂがオフするが、インダクタ３０１に蓄積されたエネルギーにより、漸減するフライホイール電流がピエゾアクチュエータ２を供給元として流れ続ける。
【００５７】
そして、電流検出信号が基準電圧−ヒシテリシス分を下回ると、コンパレータ７１ｂの論理出力が再び「１」レベルとなって、放電スイッチ４ｂがオンする。これが繰り返される。したがって、放電電流が略一定に維持されることになる。これにより、ピエゾアクチュエータ２の電荷量は、放電開始からの経過時間すなわち駆動信号が出力されてからの経過時間に対し直線的に低下する。
【００５８】
そして、ワンショット回路７５ｂからのパルス信号が非出力となると、アンドゲート７４ｂの論理出力が「０」レベルとなって、放電スイッチ４ｂがオフに固定され、放電が完了となる。
【００５９】
前記のごとく、ピエゾアクチュエータ２の電荷量が放電開始からの経過時間に対し直線的に低下するので、バッテリ電圧の変動やピエゾアクチュエータ２の容量の変動によらず、ピエゾアクチュエータ２の残存電荷が辿る過程、放電過程が均一である。また、電流の積算値を演算することなく、蓄積電荷の回収の完了とともに放電スイッチがオフに固定される。
【００６０】
このように本ピエゾアクチュエータ駆動回路によれば、ピエゾアクチュエータ２の充電の過程や放電の過程が均一であり、ピエゾアクチュエータ２の挙動のばらつきを低減することができる。これにより、例えば噴射時期や噴射量を一定にすることができる。
【００６１】
（第３実施形態）
図６に本発明の第３実施形態になるピエゾアクチュエータ駆動回路を示す。本ピエゾアクチュエータ駆動回路は基本的な構成は第１実施形態のものと同じで、図中、第１実施形態と同じ作動をする部分には同じ番号を付して第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００６２】
本ピエゾアクチュエータ駆動回路では、電流検出用の抵抗器５１に代えて、ピエゾアクチュエータ２の両端子間に、直列に接続された２つの抵抗器５４，５５が設けられており、ピエゾアクチュエータ電圧を分圧する。抵抗器５４，５５は高抵抗のものが用いられ、例えば抵抗器５４が９００ｋΩで抵抗器５５が１００ｋΩである。抵抗器５４，５５はその分圧電圧を受けるバッファ５６とともに、ピエゾアクチュエータ電圧を検出する電圧検出手段５Ｂを構成している。バッファ５６の出力は、コンパレータ７１ａ，７１ｂの（−）入力端子に出力される（以下、適宜、バッファ回路５６の出力信号を電圧検出信号という）。
【００６３】
スイッチ制御回路７Ｂは、コンパレータ７１ａ，７１ｂは前記各実施形態のごとく、それぞれ、ヒシテリシスをかけるための抵抗器７２ａＢ，７３ａＢ、抵抗器７２ｂＢ，７３ｂＢが接続されている。
【００６４】
基準電圧発生回路６Ｂは、コンパレータ７１ａ，７１ｂの（＋）入力端子に抵抗器７２ａＢ，７２ｂＢを介して入力する基準電圧を発生させる目標値出力手段であり、出力を経過時間に応じて変化させる構成となっている。前記抵抗器７２ａＢ，７２ｂＢにはコンデンサ６１が接続され、その充電と放電とが定電流回路６２ａ，６２ｂによりなされる。第１の定電流回路６２ａは正の電圧源６３と接続され、コンデンサ６１を充電する。第２の定電流回路６２ｂはグランド６４と接続され、コンデンサ６１を放電する。第１の定電流回路６２ａはワンショット回路７５ａからパルス信号が出力されている間、作動し、第２の定電流回路６２ｂはワンショット回路７５ｂからパルス信号が出力されている間、作動する。なお、定電流回路６２ａ，６２ｂが供給する電流値はＥＣＵ９Ｂにより、例えばＥＣＵ９Ｂが電流値設定信号としての、コンデンサ６１の充放電回路を開閉するパルス信号のデューティにより設定される。
【００６５】
また、コンパレータ７１ａ，７１ｂのうちコンパレータ７１ｂの出力信号のみ、インバータ７７ｂで論理反転されてアンドゲート７４ｂに入力する。
【００６６】
図７は本ピエゾアクチュエータ駆動回路の各部の作動状態を示すタイミングチャートで、駆動信号が「１」レベルになると、ワンショット回路７５ａをトリガし、充電期間を規定するパルス信号が出力される。電圧検出信号は０Ｖであり、コンパレータ７１ａの論理出力は「１」レベルである。一方、パルス信号の出力でコンデンサ６１の充電が開始され、基準電圧が上昇を開始するので、コンパレータ７１ａの論理出力は「０」レベルに変わる。したがって、充電スイッチ４ａがオンし、充電が開始される。ピエゾアクチュエータ電圧は上昇し、充電が進行する。そして、電圧検出信号が基準電圧＋ヒシテリシス分を越えるとコンパレータ７１ａの出力が「０」レベルに変わって、充電スイッチ４ａがオフするが、インダクタ３０１に蓄積されたエネルギーにより漸減するフライホイール電流がピエゾアクチュエータ２を供給元として流れ続け、ピエゾアクチュエータ電圧が上昇を続ける。
【００６７】
そして、ピエゾアクチュエータ電圧の上昇速度が鈍り、電圧検出信号が基準電圧−ヒシテリシス分を下回ると、コンパレータ７１ａの論理出力が再び「１」レベルとなって、充電スイッチ４ａがオンする。これが繰り返される。
【００６８】
一方、コンデンサ６１は定電流で充電されるから、コンデンサ６１には、駆動信号が「１」レベルに立ち上がってからの経過時間に正比例して電荷が蓄積され、コンデンサ６１で生成される基準電圧が前記経過時間に正比例して上昇する。したがって、ピエゾアクチュエータ電圧が略前記経過時間に正比例して上昇することになる。
【００６９】
そして、ワンショット回路７５ａの出力が「０」レベルになると、アンドゲート７４ａの論理出力が「０」レベルとなって、充電スイッチ４ａがオフに固定され、充電が完了となる。これとともに定電流回路６２ａの作動がオフして基準電圧も固定される。
【００７０】
前記のごとく、ピエゾアクチュエータ電圧が充電開始からの経過時間に正比例して上昇するので、バッテリ電圧の変動やピエゾアクチュエータ２の容量の変動によらず、ピエゾアクチュエータ電圧が辿る過程、充電過程が均一である。
【００７１】
次にピエゾアクチュエータ２の縮小時すなわち放電時の作動について説明する。前記のごとく、ピエゾアクチュエータ２が伸長を完了した状態では、ピエゾアクチュエータ電圧は規定の電圧となっている。充電スイッチ４ａおよび放電スイッチ４ｂはオフである。ここで、駆動信号が「０」レベルになると、ワンショット回路７５ｂをトリガし、放電期間を規定するパルス信号が出力される。第２の定電流回路６２ｂがオンしてコンデンサ６１が一定の放電速度で放電する。このときの放電速度は定電流回路６２ｂの電流値である。これにより、基準電圧が、駆動信号が「０」レベルになってからの経過時間に対して直線的に低下する。そして、電圧検出信号が基準電圧＋ヒシテリシス分を上回ると、コンパレータ７１ｂの出力は「０」レベルとなる。したがって、放電スイッチ４がオンし、放電が開始される。ピエゾアクチュエータ２を供給元としてコンデンサ１２に電流が流れて、放電が進行するとともにピエゾアクチュエータ電圧が低下する。そして、電圧検出信号が基準電圧−ヒシテリシス分を下回るとコンパレータ７１ｂの出力が「１」レベルに変わって、放電スイッチ４ｂがオフするが、インダクタ３０１に蓄積されたエネルギーにより、漸減するフライホイール電流がコンデンサ１２に流れ続ける。
【００７２】
このとき、放電電流は漸減する電流であるため、ピエゾアクチュエータ電圧の低下速度が鈍り、電圧検出信号が基準電圧＋ヒシテリシス分を上回ると、コンパレータ７１ｂの出力が再び「０」レベルとなって、放電スイッチ４ｂがオンする。これが繰り返される。したがって、ピエゾアクチュエータ電圧が、放電開始からの経過時間に対して略直線的に低下することになる。
【００７３】
そして、ワンショット回路７５ｂからのパルス信号が非出力となると、アンドゲート７４ｂの出力が「０」レベルとなって、放電スイッチ４ｂがオフに固定され、ピエゾアクチュエータ２の放電駆動が終了となる。
【００７４】
前記のごとく、ピエゾアクチュエータ電圧が放電開始からの経過時間に対し直線的に低下するので、バッテリ電圧の変動やピエゾアクチュエータ２の容量の変動によらず、ピエゾアクチュエータ電圧が辿る過程、すなわち放電過程が均一である。
【００７５】
このように本ピエゾアクチュエータ駆動回路によれば、ピエゾアクチュエータ２の充電の過程や放電の過程が均一であり、ピエゾアクチュエータ２の挙動のばらつきを低減することができる。これにより、例えば噴射時期や噴射量を一定にすることができる。なお、ＥＣＵ９Ｂは、定電流回路６２ａ，６２ｂが基準電圧源として定電流を出力するようにしているが、ピエゾアクチュエータ２の要求される作動特性に応じて、駆動期間（充電期間、放電期間）の各時点ごとに、各時点に対応して駆動電圧の目標値を規定する基準電圧となるように定電流値を可変に出力するようにしてもよい。例えば、駆動期間の前半では定電流値を高く、後半では低くする。
【００７６】
（第４実施形態）
図８に本発明の第４実施形態になるピエゾアクチュエータ駆動回路を示す。本ピエゾアクチュエータ駆動回路は基本的な構成は第１実施形態のものと同じで、図中、第１実施形態と同じ作動をする部分には同じ番号を付して第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００７７】
本ピエゾアクチュエータ駆動回路では、乗算回路に代えて、ピエゾアクチュエータ電圧およびピエゾアクチュエータ２に流出入する電流の検出信号を入力とするエネルギー計測回路５３Ｃが設けてある。エネルギー計測回路５３Ｃはバッファ５２、抵抗器５１とともに駆動エネルギー検出手段５Ｃを構成する。エネルギー計測回路５３Ｃは、第１実施形態の前記乗算回路と同等の乗算回路と、これより出力される電力検出信号を積分する積分回路とからなる。積分回路からは、ピエゾアクチュエータ２の駆動電力の積算値すなわち駆動エネルギーに比例した信号（駆動エネルギー検出信号）を出力する。駆動エネルギー検出信号はピエゾアクチュエータ２の充電期間であれば上昇し、放電期間であれば電流が負値をとることで減少する電圧信号であり、ピエゾアクチュエータ２の蓄積エネルギーの指標となる。前記積分回路は、誤差の累積を回避するため、ＥＣＵ９Ｃの制御で例えば充電期間の開始に先立ってリセットされるようにするのもよい。
【００７８】
そして、この駆動エネルギー検出信号が充放電制御手段であるスイッチ制御回路７Ｃに入力する。詳しくはコンパレータ７１ａの（−）入力端子に入力する入力信号、反転アンプ７０ｂを介してコンパレータ７１ｂの（−）入力端子に入力する入力信号となる。
【００７９】
また、基準電圧発生回路６ａＣ，６ｂＣは、コンパレータ７１ａ，７１ｂの（＋）入力端子に抵抗器７２ａＣ，７２ｂＣを介して入力する基準電圧を発生させる目標値出力手段であり、その出力を経過時間に応じて出力を変化させる構成となっている。基準電圧発生回路６ａＣ，６ｂＣが出力する基準電圧、ヒステリシス分を規定する抵抗器７２ａＣ，７３ａＣ，７２ｂＣ，７３ｂＣの抵抗値は、コンパレータ７１ａの（−）入力端子に入力する入力信号が駆動エネルギー検出信号に代わったことに伴い、適宜、適合されるのは勿論である。
【００８０】
基準電圧発生回路６ａＣは、ピエゾアクチュエータ２の駆動エネルギーが充電期間の開始時を０として充電期間の終了時には最終的にピエゾアクチュエータ２に充電すべき目標となるエネルギー値に対応した値（エネルギー目標値）となるように基準電圧を時間に対して直線的に出力する。基準電圧発生回路６ｂＣは、ピエゾアクチュエータ２の駆動エネルギーが放電期間の開始時を前記エネルギー目標値として放電期間の終了時には最終的に０となるように基準電圧を時間に対して直線的に出力する。基準電圧の経時プロファイルは、ピエゾアクチュエータ２の蓄積エネルギーとピエゾアクチュエータ２の変位との相関関係に基づいて、充電期間中または放電期間中におけるピエゾアクチュエータ２の変位の要求される経時プロファイルに応じて設定すればよい。充電期間と放電期間とで別の経時プロファイルとなるようにしても勿論よい。
【００８１】
本実施形態では、充電スイッチ４ａ、放電スイッチ４ｂの制御において、充電スイッチ４ａ、放電スイッチ４ｂのオン期間の長さが充電期間や放電期間中の各時点における駆動エネルギー検出信号が基準電圧発生回路６ａＣ，６ｂＣの出力する基準電圧となるように設定され、基準電圧の経時プロファイルに対応した駆動エネルギーの経時プロファイルが得られる。したがって、図３に示すように、ピエゾアクチュエータ２の容量の変動によらず、最終的なピエゾアクチュエータ２の変位だけではなく、途中の変位、すなわち、ピエゾアクチュエータ２の変位の経時プロファイルを常に一定とすることができる。
【００８２】
なお、駆動電力は駆動エネルギーの時間微分値であるから、本実施形態は、充電期間、放電期間の開始からの駆動エネルギーの目標値を各時点ごとに予め設定することで、第１実施形態のように充電期間、放電期間のピエゾアクチュエータ２の変位の経時プロファイルを目標プロファイルとすることを企図しているが、充電期間、放電期間の途中で何らかの原因でその時点において出力されるべき駆動電力が所期の値からずれることがあっても、その後に、駆動エネルギーの目標値に収束されていくように実際の駆動エネルギーが追随するので、充電期間、放電期間の終期における到達エネルギー値のばらつきを低減することができる
【００８３】
なお、前記各実施形態は、バッテリ電圧に充電されるコンデンサ１２から直接ピエゾアクチュエータ２を駆動するものを示したが、バッテリ電圧をＤＣ−ＤＣコンバータで昇圧した電圧にてバッテリを充電する構成のものにも本発明は適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１のピエゾアクチュエータ駆動回路の回路図である。
【図２】前記ピエゾアクチュエータ駆動回路の作動状態を示すタイミングチャートである。
【図３】前記ピエゾアクチュエータ駆動回路の作動を説明するグラフである。
【図４】本発明の第２のピエゾアクチュエータ駆動回路の回路図である。
【図５】前記ピエゾアクチュエータ駆動回路の作動状態を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の第３のピエゾアクチュエータ駆動回路の回路図である。
【図７】前記ピエゾアクチュエータ駆動回路の作動状態を示すタイミングチャートである。
【図８】本発明の第４のピエゾアクチュエータ駆動回路の回路図である。
【符号の説明】
【００８５】
１  電源
１１  バッテリ
１２  コンデンサ
２  ピエゾアクチュエータ
３１  第１の通電経路
３２  第２の通電経路
３０１  インダクタ
４ａ  充電スイッチ（電流調整手段）
４ｂ  放電スイッチ（電流調整手段）
５  電力検出手段
５Ａ  電流検出手段
５Ｂ  電圧検出手段
５Ｃ  駆動エネルギー検出手段
６ａ，６ｂ，６ａＡ，６ｂＡ，６Ｂ，６ａＣ，６ｂＣ  基準電圧発生回路（目標値出力手段）
７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ  スイッチ制御回路（充放電制御手段）
７１ａ，７１ｂ  コンパレータ（比較手段）
【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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