(57)【要約】制御回路（３）が駆動指令（Ｓ＊）を与えた場合、駆動回路（１）は、圧電アクチュエータ（Ｐｉ）に対して駆動信号（Ｓ）を出力し、この駆動信号（Ｓ）により、圧電アクチュエータ（Ｐｉ）が、０位置から駆動位置に移行し、制御回路（３）が補正指令（Ｉ１＊、Ｉ２＊）をプリセットした場合、補正回路（２）は、圧電アクチュエータ（Ｐｉ）に対して補正信号（Ｉ１、Ｉ２）を出力し、圧電アクチュエータ（Ｐｉ）が、０位置から補正位置に移行し、駆動指令（Ｓ＊）のプリセットと、補正指令（Ｉ１＊、Ｉ２＊）のプリセットとが、互いに関してロックしあう（verriegelt）ように、制御回路（３）が構成されている。
2006503532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの圧電アクチュエータ（Ｐ１〜Ｐｎ）と、駆動回路（１）と、補正回路（２）と、制御回路（３）とを有する回路であって、
圧電アクチュエータ（Ｐ１〜Ｐｎ）が、無負荷状態では０位置を取り、
制御回路（３）が駆動指令（Ｓ＊）をプリセットした場合、駆動回路（１）は、圧電アクチュエータ（Ｐｉ）に対して駆動信号（Ｓ）を出力することが可能であり、この駆動信号（Ｓ）により、圧電アクチュエータ（Ｐｉ）が、０位置から駆動位置に移行することが可能であり、
制御回路（３）が補正指令（Ｉ１＊、Ｉ２＊）をプリセットした場合、補正回路（２）は、圧電アクチュエータ（Ｐｉ）に対して補正信号（Ｉ１、Ｉ２）を出力することが可能であり、この補正信号（Ｉ１、Ｉ２）により、圧電アクチュエータ（Ｐｉ）が、０位置から補正位置に移行することが可能であり、
駆動指令（Ｓ＊）のプリセットと、補正指令（Ｉ１＊、Ｉ２＊）のプリセットとが、互いに関してロックしあう（verriegelt）ように、制御回路（３）が構成されている回路。
【請求項２】
補正回路（２）は、第１の回路部分（２’）および第２の回路部分（２”）を有し、
補正指令（Ｉ１＊、Ｉ２＊）が、第１の回路部分（２’）または第２の回路部分（２”）に交互に出力され得るように、制御回路（３）が構成され、
第１の回路部分（２’）に補正指令（Ｉ１＊）がプリセットされる場合には、補正位置が０位置と駆動位置との間にあるように、第１の回路部分（２’）は構成されて配置され、
第２の回路部分（２”）に補正指令（Ｉ２＊）がプリセットされる場合には、０位置が補正位置と駆動位置との間にあるように、第２の回路部分（２”）が構成されて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項３】
補正位置が常に０位置と駆動位置との間にあるように、補正回路（２）が構成されて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項４】
０位置が常に補正位置と駆動位置との間にあるように、補正回路（２）が構成されて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項５】
補正回路（２）は、補正信号制御回路および／または補正信号調整回路として構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の回路。
【請求項６】
制御回路（３）に対して、位置信号（δｔ）が供給可能であり、この位置信号（δｔ）により、制御回路（３）が所望の位置を検出可能であり、かつ、制御回路（３）が、この所望の位置に基づき、対応する補正指令（Ｉ１＊、Ｉ２＊）を決定できるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の回路。
【請求項７】
位置信号（δｔ）は、圧電アクチュエータ（Ｐｉ）が駆動位置へ移行したことにより得られた信号（δｔ）であることを特徴とする請求項６に記載の回路。
【請求項８】
圧電アクチュエータ（Ｐ１〜Ｐｎ）の脱分極が起きない制限値に補正信号（Ｉ１、Ｉ２）が制限されるように、補正回路（２）が構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の回路。
【請求項９】
制限値は、３０ボルト以下であることを特徴とする請求項８に記載の回路。
【請求項１０】
駆動回路（１）および補正回路（２）は、直流電圧網（４）に接続可能であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の回路。
【請求項１１】
一方における直流電圧網（４）と、他方における駆動回路（１）および補正回路（２）との間に配されている電圧変換器（５）を有することを特徴とする請求項１０に記載の回路。
【請求項１２】
複数の圧電アクチュエータ（Ｐ１〜Ｐｎ）と、制御回路（３）により駆動可能な切り替え装置（６）とを有し、どの圧電アクチュエータ（Ｐ１〜Ｐｎ）に駆動信号（Ｓ）を出力すべきかが制御可能であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の回路。
【請求項１３】
切り替え装置（６）により、どの圧電アクチュエータ（Ｐ１〜Ｐｎ）に補正信号（Ｉ１、Ｉ２）を出力すべきかも制御可能であることを特徴とする請求項１２に記載の回路。
【請求項１４】
内燃機関の吸入を制御する目的に用いられることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の回路。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの圧電アクチュエータと、駆動回路と、補正回路と、制御回路とを有する回路に関し、この回路では、圧電アクチュエータは、無負荷状態では０位置を取り、制御回路が駆動指令をプリセットした場合、駆動回路は、圧電アクチュエータに対して駆動信号を出力可能であり、この駆動信号により、圧電アクチュエータが、駆動位置に移行可能であり、制御回路が補正指令をプリセットした場合、補正回路は、圧電アクチュエータに対して補正信号を出力可能であり、この補正信号により、圧電アクチュエータが、０位置から補正位置に移行可能である。
【０００２】
このような回路は、例えば、ドイツ特許ＤＥ  １９９  ０５  ３４０  Ｃ２号において知られている。この刊行物中の回路は、既に満足な態様で機能している。しかし、この回路では、駆動信号と補正信号との追加の重ね合わせが必要なので、比較的複雑な構造となる。このプロセスでは、駆動中断時に圧電アクチュエータが所定の休止位置を獲得するという目的が、主として、補正位置への移行により達成される。
【０００３】
本発明の目的は、上述の回路と実質的に同じ結果をより少ない複雑さにより得ることができる一般的な回路を開発することである。
【０００４】
本発明の目的は、駆動指令のプリセットと、補正指令のプリセットとが、互いに関してロックしあう（verriegelt）ように、制御回路を構成することにより達成される。
【０００５】
本発明は、多くの応用にとって、補正位置に関して駆動信号により引き起こされる工程は、あまり重要でないという知見に基づいている。むしろ、より重要であるのは、圧電アクチュエータが非駆動状態にあるときに、補正位置と推定されることである。これも、また、本発明の構成により達成される。一方、本発明の構成により、駆動信号と補正信号とが加え合わされて重なった状態を省くことができる。
【０００６】
補正回路は、第１の回路部分および第２の回路部分を有することが可能であり、補正指令が、第１の回路部分または第２の回路部分に交互に出力されるように、制御回路が構成されることが可能であり、第１の回路部分に補正指令がプリセットされる場合には、補正位置が０位置と駆動位置との間にあるように、第１の回路部分が構成されて配置されていることが可能であり、第２の回路部分に補正指令がプリセットされる場合には、０位置が補正位置と駆動位置との間にあるように、第２の回路部分が構成されて配置されていることが可能である。この場合、補正位置を０位置に対して両方向に設定することが可能である。
【０００７】
上述に替えて、補正位置が常に０位置と駆動位置との間にあるように、または、０位置が常に補正位置と駆動位置との間にあるように補正回路が構成されて配置されていることも可能である。特に後者の場合は、技術的に簡素な補正回路を用いて、高度に十分な効率が得られる。これは、駆動位置方向へのひずみが、一般に不要となるためである。
【０００８】
補正信号が補正回路に負帰還されるか否かに応じて、補正回路は、補正信号制御回路および／または補正信号調整回路として構成され得る。この場合、補正信号を制御するか、調整するかの切り替えは、作動状態に応じて行なわれる。好ましくは、この切り替えは、ヒステリシスを用いて行なわれる。
【０００９】
もし、制御回路に対して、位置信号が供給され、この位置信号により、制御回路が所望の位置を検出可能であり、かつ、制御回路が、この所望の位置に基づき、対応する補正指令を決定できるように構成されている場合、回路はとりわけよく作動する。位置信号が、圧電アクチュエータが駆動位置へ移行したことにより得られた信号である場合に、このことは、特に該当する。これは、この場合補正位置が、調整された態様で設定されるためである。
【００１０】
圧電アクチュエータの脱分極が生じない制限値に補正信号が制限されるように、補正回路が構成されていると、圧電アクチュエータの寿命は特に長くなる。すなわち、信頼性のある安定したスイッチング挙動が、長期間に渡って確保される。制限値は、たとえば、３０ボルト以下であり得る。
【００１１】
一般に、駆動回路および補正回路は、直流電圧網に接続され得る。この場合、回路が電圧変換器を有し、この電圧変換器が、一方における直流電圧網と、他方における駆動回路および補正回路との間に配されていることにより、回路の有用な構成が生ずる。
【００１２】
回路が、複数の圧電アクチュエータを有するならば、回路は、制御回路により駆動可能な切り替え装置を有することが好ましく、これにより、どの圧電アクチュエータに駆動信号を出力すべきかを制御できる。これは、この場合、回路の構成の複雑さが最小限になるからである。
【００１３】
切り替え装置により、どの圧電アクチュエータに補正信号を出力すべきかも制御可能であるならば、回路の複雑さを、さらに抑えることができる。
【００１４】
本発明の回路は、内燃機関の吸入の制御において、共通に適用される。
【００１５】
さらなる効果および詳細は、図面を伴う例示的な実施形態の以下の説明において与えられる。
【００１６】
図１は、複数の圧電アクチュエータを有する回路のブロック回路図の概略表示を示す。
【００１７】
図２は、制御図の概略表示を示す。
【００１８】
図１を参照すると、回路は、複数の圧電アクチュエータＰ１〜Ｐｎを有する。この回路は、さらに、駆動回路１、補正回路２、および制御回路３を有する。補正回路２は、第１の部分回路２’および第２の部分回路２”を有する。
【００１９】
駆動回路１および補正回路２は、直流電圧網４に接続可能である。この回路は、この場合は電圧変換器５を選択的に有することも可能である。電圧変換器５は、一方における直流電圧網４と、他方における駆動回路１および補正回路２との間に配されている。電圧変換器５は、一般的にはスイッチング網部分５として構成されている。電圧変換器５は、配電電圧を、より高い電圧に変換する。
【００２０】
図１の回路は、一般に、内燃機関の吸入を制御するために用いられる。直流電圧網４の配電電圧は、このため一般に１２ボルトまたは２４ボルトである。電圧変換器５の出力電圧は、通常、配電電圧よりも高く、例えば、６０ボルトと１００ボルトとの間である。
【００２１】
制御回路３も、一般的に、直流電圧網４から給電されている。単なる簡潔さのため、このことは図１に示していない。
【００２２】
制御回路３は、種々の制御信号を出力する。第１に、駆動回路１にプリセットされ得る駆動指令Ｓ＊がある。さらに、第１の回路部分２’および第２の回路部分２”にそれぞれプリセットされ得る補正指令Ｉ１＊・Ｉ２＊がある。最後に、切り替え装置６の対応するスイッチＴ０〜Ｔｎに対してプリセット可能である切り替え指令Ｔ０＊〜Ｔｎ＊がある。
【００２３】
制御回路３が、駆動回路１に駆動指令Ｓ＊をプリセットすれば、駆動回路１が、圧電アクチュエータＰ１〜Ｐｎの１つに対して、駆動信号Ｓを出力する。同時に、制御回路３は、スイッチＴ０〜Ｔｎの１つに対して、切り替え指令Ｔｉ＊を出力する。すなわち、切り替え装置６は、制御回路３により駆動される。スイッチＴ０〜Ｔｎの１つを駆動することにより、圧電アクチュエータＰ１〜Ｐｎのどれに対して、駆動信号Ｓが出力されるかが制御される。駆動された圧電アクチュエータＰｉは、駆動信号Ｓに基づいて、０位置から駆動位置へと移行する。この場合、０位置とは、無負荷状態（供給電圧＝０Ｖ、流れる電流＝０Ａ）と仮定したときの圧電アクチュエータＰｉの位置に対応する。
【００２４】
図２における４シリンダー、４工程エンジンのための例によって圧電アクチュエータＰ１〜Ｐｎの駆動が図示されている。この場合省略記号“ＫＷ”は、クランクシャフトを示し、省略記号“ＯＴ”は、上死点を示す。図２中の空白の矩形部分は、エンジンのシリンダーの１つに吸入が生じ得る角度範囲を意味する。各シリンダーに基づく吸入は、図示するように、上死点の前の６０°から上死点の後の６０°までの範囲で生じ得ることがわかる。
【００２５】
制御回路３が、補正指令Ｉ１＊およびＩ２＊を、それぞれ第１の回路部分２’および第２の回路部分２”にプリセットすれば、補正信号Ｉ１およびＩ２が、駆動された回路部分２’、２”により、圧電アクチュエータＰ１〜Ｐｎにそれぞれ出力される。
【００２６】
制御回路３は、補正指令Ｉ１＊、Ｉ２＊を第１の回路部分２’と第２の回路部分２”とのいずれかへ出力するように構成されている。このため、いずれの時点においても、回路部分２’、２”の両方へ補正指令Ｉ１＊、Ｉ２＊が出力されることはない。
【００２７】
第１の回路部分２’に補正指令Ｉ１＊がプリセットされる時、同時に、スイッチＴ１〜Ｔｎの１つが、対応する切り替え指令Ｔｉ＊により、駆動される。この結果、圧電アクチュエータＰ１〜Ｐｎのどれに補正信号Ｉ１が出力されるかが、切り替え装置６により制御される。補正信号Ｉ１により、駆動された圧電アクチュエータＰｉは、０位置から、０位置と駆動位置との間にある補正位置へと移行する。
【００２８】
制御装置３により、第２の回路部分２”に補正指令Ｉ２＊が出力されると、この第２の回路部分２”により補正信号Ｉ２が出力される。この場合、スイッチＴ１〜Ｔｎは駆動されない。一方、制御回路３は、スイッチＴ０を閉鎖する。これにより、全ての圧電アクチュエータＰ１〜Ｐｎが同様に駆動される。この場合、圧電アクチュエータＰ１〜Ｐｎが負の方向に歪む。この場合、０位置は、圧電アクチュエータＰ１〜Ｐｎの補正位置と駆動位置との間にある。
【００２９】
図２によりわかるように、補正回路２に対して補正指令Ｉ１＊、Ｉ２＊がプリセットされる区間は、各シリンダーに関する上死点の約８０°前から始まる。これらの区間は、図２に斜線で示すように、各シリンダーの上死点のすぐ前まで延びている。通常、これらの区間は、上死点前の遅くとも１０°で終了する。しかしながら、個々の場合において、制御回路３は、補正指令Ｉ１＊またはＩ２＊のプリセットが終了した時にのみ、駆動指令Ｓ＊がプリセットされることを保証する。すなわち、駆動指令Ｓ＊のプリセットと、補正指令Ｉ１＊またはＩ２＊のプリセットとが、互いに関してロックしあう（verriegelt）ように、制御回路３は構成されている。
【００３０】
図１中、回路部分２’、２”により出力される補正信号Ｉ１、Ｉ２は、測定部７’、７”において検出され、再び回路部分２’、２”に供給される。これにより、回路部分２’、２”は、補正指令Ｉ１＊、Ｉ２＊のための所望の値と推定されるまで、出力された補正信号Ｉ１およびＩ２を再調整できるので、回路部分２’、２”は、補正信号調整回路として構成される。しかしながら、この測定部分７’、７”は省くこともできる。この場合、回路部分２’、２”は、補正信号制御回路として構成される。
【００３１】
さらに、直接または間接的に、最適な補正位置の特性を示す位置信号δｔを測定することも可能である。例えば、駆動指令Ｓ＊の出力開始と、駆動された圧電アクチュエータＰｉの、作動させるべきタペットの上への実際の配置との間で経過する時間差δｔを検出することが可能である。この時間差δｔは、０位置のタペットからの距離の特性を示す。すなわち、時間差δｔは、圧電アクチュエータＰｉの駆動位置への移行から得られる信号である。
【００３２】
位置信号δｔにより、制御回路３が、圧電アクチュエータＰ１〜Ｐｎの所望の位置を検出することもできる。これにより、位置信号から所望の位置を検出できるように、また所望の位置から対応する補正指令Ｉ１＊またはＩ２＊を決定できるように、制御回路３が構成されている。
【００３３】
図１では、補正信号Ｉ１および補正信号Ｉ２は両方とも、回路部分２’、２”により、３０ボルト以下の制限値に制限されている。この補正信号Ｉ１、Ｉ２の構成は、駆動された各圧電アクチュエータＰｉの脱分極が補正信号Ｉ１、Ｉ２によって起きないことを保証する。
【００３４】
図１の実施形態では、補正回路２は、２つの回路部分２’、２”を備えている。しかし、２つの回路部分２’、２”のうちの１つを省いてもよい。２つの回路部分２’、２”のうちのいずれを省き得るかは、この場合、圧電アクチュエータＰ１〜Ｐｎの構成、およびシステムの他の機構的特性の問題である。
【００３５】
本発明によれば、特に内燃機関の場合、とりわけポンプノズルシステムの場合における吸入の制御の応用において、各シリンダーの吸入中断時における好ましくない自動吸入を容易に防止することができる。さらに、圧力の不十分な蓄積に起因する開始時の問題が、サーボ弁が「開いたままになる」ことを回避することにより防止され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】複数の圧電アクチュエータを有する回路の概略表示されたブロック回路図である。
【図２】概略表示された制御図である。
【図１】
2006503532.tif 000003
【図２】
2006503532.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成17年2月9日(2005.2.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
このような回路は、例えば、ドイツ特許ＤＥ  １９９  ０５  ３４０  Ｃ２号において知られている。この刊行物中の回路は、既に満足な態様で機能している。しかし、この回路では、駆動信号と補正信号との追加の重ね合わせが必要なので、比較的複雑な構造となる。このプロセスでは、駆動中断時に圧電アクチュエータが所定の休止位置を獲得するという目的が主として、補正位置への移行により達成される。
米国特許４，７６７，９５９号には、容量性の負荷、とりわけ圧電アクチュエータを駆動する方法および装置が記載されている。特に、この刊行物中には、前段階での吸入および主要吸入を起こすことを目的として、前段階吸入信号および主要吸入信号を発生させることが記載されている。
ドイツ特許ＤＥ  １９９  ０５  ３４０  Ｃ２号には、圧電アクチュエータをプリセットし、動的に同期保持するための方法および装置が記載されている。圧電アクチュエータに動的にひずみを与えるための電気的な駆動電圧は、この駆動電圧とは独立した、制御可能な直流電圧成分に重ねられる。パルス状の動的な励起電圧と、直流電圧とは、加算回路中で加え合わせられ、圧電アクチュエータに加えられる１つの電圧となる。
ドイツ特許  １９８  ２７  １７０  Ａ１号には、圧電素子を所望の程度に制御するための方法および装置が記載されている。この装置には、選択スイッチにより互いに独立して駆動され得る複数の圧電素子が設けられている。
ドイツ特許  １００  １２  ６０７  Ｃ２号には、容量性の設定部材、とりわけ圧電的に作動する内燃機関の燃料吸入バルブを駆動する方法が記載されている。圧電設定部材のアイドリングストロークは、負荷を与えることにより補正される。
【国際調査報告】
2006503532.tif 000005
2006503532.tif 000006
2006503532.tif 000007
2006503532.tif 000008