JP4353781B2 - ピエゾアクチュエータ駆動回路 - Google Patents

Description

本発明は、ピエゾアクチュエータ駆動回路に関する。

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、容量性素子であるピエゾスタックが充放電により伸長または縮小してピストン等を直線動する。例えば、内燃機関の燃料噴射装置において、燃料噴射用のインジェクタの開閉弁の切り替えをピエゾアクチュエータにより行うものが知られている。

ピエゾアクチュエータには温度特性があり、ピエゾスタックの静電容量が温度によって変化する。ピエゾスタックの伸縮または変位に基くピエゾアクチュエータの変位量も温度によって変化する。この温度特性は、ピエゾアクチュエータ駆動回路によってピエゾスタックへ投入されるエネルギを一定に保つことで補償されることが知られている。これを利用してピエゾアクチュエータを駆動するピエゾアクチュエータ駆動回路がある（特許文献１）。

特許文献１の開示する技術にて、我々は、ピエゾアクチュエータの変位量の温度特性を補償する駆動方法として、略一定エネルギでピエゾスタックを駆動制御する方法を提案した。図１０に駆動回路を示す。なお、図１０では内燃機関における１気筒分のピエゾアクチュエータ駆動回路として示してある。図１１はこの駆動回路におけるピエゾスタックの充電制御の一例であって、ピエゾスタックの温度特性によって静電容量値が変化した場合を比較して示してある。図１１（ａ）、図１１（ｂ）、および図１１（ｃ）において、ピエゾスタックの静電容量値はそれぞれ６μＦ、８μＦ、１０μＦである。ピエゾアクチュエータ駆動回路は、図１０に示すように、ピエゾスタック７に直流電源１１からスイッチング素子１４およびインダクタ１６を介して通電するピエゾスタックへの第１の通電経路と、直流電源１１およびスイッチング素子１４をバイパスしてインダクタ１６からピエゾスタック７に通電する第２の通電経路とを有している。そして、第１の通電経路には、スイッチング素子１４のオン期間に漸増する充電電流が流れ、第２の通電経路には、スイッチング素子１４のオフ期間に漸減する充電電流がフライホイール作用で流れる。スイッチング素子１４のオンオフを繰り返すことで、図１１（ａ）に示すように、充電電流が漸増と漸減とを繰り返してピエゾスタック１４の充電量が増加していき、ピエゾスタック７の両端間電圧が段階的に上昇していく。

なお、詳しくは、静電容量の中心値である８μF時に所望の充電エネルギ量となるオン期間を予め求めておく。ここで、充電動作中に、ピエゾスタックの静電容量が、中心値8μF（図１１（ｂ））からピエゾスタックの静電容量が増大（静電容量10μF（図１１（ｃ））したとすると、ピエゾスタック７の両端間電圧の上昇速度を抑制する方向に作用する。このピエゾスタック７の両端間電圧の上昇速度に対する抑制方向の作用は、インダクタ１６への印加電圧の低下速度を抑制する方向に作用する。

したがって、全体的にみた充電電流の減少速度は、中心値8μFに比べ抑制する方向に作用する。これはピエゾスタック７への充電速度を増大する方向に作用するから、ピエゾスタック７の静電容量が増大しても、ピエゾスタック７の両端間電圧の上昇速度はあまり抑制されない。全体的にみた充電電流についても、ピエゾスタック７の静電容量が増大しても、減少速度はあまり抑制されない。

さらに、ピエゾスタック７の両端間電圧の上昇速度の抑制作用は、ピエゾスタク７へのエネルギ供給速度を減少する方向に作用する。そして、充電電流の減少速度の抑制作用は、ピエゾスタック７へのエネルギ供給速度を増大する方向に作用する。その結果これらが相殺されることから、供給エネルギの経時プロファイルはピエゾスタック７の静電容量の増加によらず、略一定となる（図１１（ｂ）〜図１１（ｃ）参照）。

同様に、ピエゾスタック７の静電容量が、中心値8μF（図１１（ｂ））から減少（静電容量6μF（図１１（ａ））したとすると、スイッチング素子１４のオン期間が一定であるので、ピエゾスタック７の両端間電圧の上昇速度を冗長する方向に作用する。このピエゾスタック７の両端間電圧の上昇速度に対する冗長方向の作用は、インダクタ１６への印加電圧の低下速度を冗長する方向に作用する。したがって、全体的にみた充電電流の減少速度は中心値8μFに比べ冗長する方向に作用する。これはピエゾスタック７への充電速度を減少する方向に作用するから、ピエゾスタック７の静電容量が減少しても、ピエゾスタック７の両端間電圧の上昇速度はあまり冗長されない。全体的にみた充電電流についても、ピエゾスタック７の静電容量が減少しても、減少速度はあまり冗長されない。さらに、ピエゾスタック７の両端間電圧の上昇速度の冗長作用は、ピエゾスタク７へのエネルギ供給速度を増加する方向に作用する。そして、充電電流の減少速度の冗長作用は、ピエゾスタック７へのエネルギ供給速度を減少する方向に作用する。その結果これらが相殺されることから、供給エネルギの経時プロファイルはピエゾスタック７の静電容量の減少によらず、略一定となる。図１１（ａ）〜図１１（ｂ）参照）。

この様して、特許文献１の従来技術では、スイッチング素子１４のオン時間を一定に制御することによって、ピエゾスタック７の静電容量の変化を検出して充電制御することなく、ピエゾスタック７への供給エネルギをオープンループにて好適に制御し得る。
特開２００２−１３６１５６号公報

特許文献１の開示による従来技術は、以下のとおりである。

ピエゾスタックは個体毎に静電容量のばらつきがあり、ある１個体にあっても温度の変化に応じて静電容量が変化する。また、この温度による静電容量の変化傾向は個体毎に異なるものである。そこで、個体差と実使用温度とを考慮して、略中央値の代表静電容量値を予め統計的に求めて決める。そして、この代表静電容量値に基づいて所望の充電エネルギ量をピエゾスタック７に充電できるスイッチング素子１４のオン期間値を定め（ＥＣＵ記憶させておき）、温度・個体差に係らず一律に、スイッチング素子１４のオン期間一定制御を実行し、所望の充電エネルギ量をピエゾスタック７に充電させるオープン制御を行っていた。

このため、ピエゾスタック７の個体間バラツキによる一定供給エネルギ量の誤差を完全に除去することは難しい。また、例えば燃料噴射用インジェクタでは近年排気ガス浄化の要請等から、燃料噴射インジェクタの弁開閉タイミングを一致させることが重要であり、所定の時間で所定のエネルギを充電する精度にも、これを向上させる要求があった。
また、従来技術では、予め決定したオン期間によるオープンループ制御であるため、ピエゾスタックの個体間バラツキにより、一定の変位量を得るための充電エネルギ量にバラツキが生じた場合にも、一定の変位量を得ることは難しいという問題があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、したがってその目的は、個体間バラツキ等に係らず高精度にピエゾスタックを制御することができるピエゾアクチュエータ駆動回路を提供することにある。

本発明の請求項１によれば、充放電することで駆動するピエゾスタックを所定の充電期間内に充電する充電手段と、充電手段によって所定の充電期間に充電される充電量を算出する演算手段と、演算手段によって算出された充電量と目標充電量とを比較し、その差分に応じて次回充電行程における充電量を補正する駆動制御手段とを備え、ピエゾスタックへ流れる充電電流と充電電圧とを充電行程中測定し、測定した充電電流と充電電圧の積を時間積分した充電エネルギを、前記充電量とし、
演算手段は、測定された充電電流と充電電圧の積を時間積分する積分演算手段であって、充電電圧に基づいて、時間積分するための積分周期を調整する積分演算手段を有することを特徴とする。

これにより、予め設定された一定充電時間内で充電された充電量と、例えばピエゾスタックの個体間バラツキに応じた目標充電量を比較し、次回充電行程にてその差に応じた補正を行なうので、ピエゾスタックの個体間バラツキ等の影響に係らず、ピエゾスタックに充電される充電量を正確に制御することが可能である。

本発明の請求項２によれば、充電手段は、ピエゾスタックに直流電源からインダクタを介して通電する第１の通電経路を有し、第１の通電経路にはその途中に設けられてオンオフを繰り返すスイッチング素子のオン期間に漸増する充電電流を流し、直流電源およびスイッチング素子をバイパスしてインダクタからピエゾスタックに通電する第２の通電経路を有し、スイッチング素子のオフ期間に漸減する充電電流をフライホイール作用で流す多重スイッチング方式であって、スイッチング素子は、所定の充電期間中、駆動制御手段によって所定のオン期間の長さでオンオフ制御されるとともに、駆動制御手段は、差分に応じて所定のオン期間の長さを補正することを特徴とする。

これによると、多重スイッチング方式の場合、オン期間を予め設定された所定長さの一定値にすることで、温度によるピエゾスタックの静電容量変化の影響に係らず、ピエゾスタックへの充電エネルギ量を略一定にすることができる。その結果、予め設定された一定充電時間内に充電される充電エネルギを、一定エネルギの目標値に正確に制御することが可能である。

さらに、その充電過程において例えば充電量としての充電エネルギの測定結果と目標値とを比較し、その差に応じた充電量の補正方法として次回充電行程にてオン期間の所定長さを見直すことで、オンオフ１周期における充電電流のピーク値を補正することができるので、ピエゾスタックの個体間バラツキ等の影響に係らず、予め設定された一定充電時間内に充電される充電エネルギを、一定エネルギの目標値にさらに正確に制御することができる。

本発明の請求項３によれば、所定のオン期間は、目標充電量に基いて予め設定された所定期間であることが好ましい。

これによると、所定のオン期間が一定のある値であっても、充電過程において測定された充電エネルギ量と目標値とを比較し、その差分に応じた充電量の補正方法として、次回充電行程にて、所定のオン期間の長さを設定されたオン期間から補正した値に見直すので、予め設定された一定充電時間内に充電される充電エネルギを、一定エネルギの目標値に正確に制御することができる。

また、ピエゾスタックの個体間バラツキにより、所定の充電エネルギ量が異なる場合にも、この所定のオン期間を補正することによって、ピエゾスタックの個体間バラツキによる変位量を所定の値に制御することができる。

本発明の請求項４によれば、スイッチング素子のオン期間からオフ期間に切換わるときの充電電流を検出する電流検出手段を備え、駆動制御手段は、所定の充電期間中の少なくとも１回目の充電行程におけるオン期間を、検出された充電電流が予め設定された電流値になるまでとするとともに、次回充電行程において、設定された電流値を、差分に応じて補正することを特徴とする。

これにより、充電過程において充電量と目標値とを比較し、その差に応じた充電量の補正方法として、次回充電行程にてオンオフ１周期における充電電流のピーク値を、設定された電流値から補正した値に見直すので、予め設定された一定充電時間内に充電される充電エネルギを、一定エネルギの目標値に正確に制御することができる。
本発明の請求項５によれば、積分周期を、所定の充電期間内において充電手段によりピエゾスタックへの充電が繰り返される周期よりも短く設定したことを特徴とする。
また、本発明の請求項６によれば、積分周期を、充電電圧が高くなるほど短く設定したことを特徴とする。

本発明のピエゾアクチュエータ駆動回路を、具体化した実施形態を図面に従って説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態のピエゾアクチュエータ駆動回路の電気的構成を表す回路図である。図２は、図１に示すピエゾアクチュエータ駆動回路を適用し、ピエゾアクチュエータ駆動回路により駆動されるピエゾアクチュエータが搭載された内燃機関の燃料噴射装置の概略構成を示す構成図である。図３は、図２中のピエゾアクチュエータ駆動回路により駆動されるピエゾアクチュエータを有するインジェクタの構成を示す模式的断面図である。図４は、第１の実施形態に係る充電量を算出し、かつ算出された充電量と目標充電量から次回充電における充電量を補正する制御処理を示すフローチャートである。図５は、第１の実施形態に係る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ムチャートである。

本ピエゾアクチュエータ駆動回路１は複数スイッチング方式の回路構成において、駆動制御回路１９を、充電行程において目標充電量に応じて充電電流の大きさを制御する構成としたものであり、本ピエゾアクチュエータ駆動回路１の説明に先立ち、ピエゾアクチュエータ駆動回路１を有し構成されるコモンレール式の多気筒（例えば４気筒）ディーゼルエンジンの燃料噴射装置の全体構成について説明する。

図２に示すように、ディーゼルエンジンの気筒数分のインジェクタ４が各気筒に対応して設けられ（図２ではインジェクタ４は１つのみ図示）いる。このインジェクタ４は、供給ライン５５を介して連通する共通のコモンレール５４から燃料の供給を受ける。このインジェクタ４から各気筒の燃焼室内に噴射される燃料は、コモンレール５４内の燃料圧力（以下、コモンレール圧力）に略等しい噴射圧力で噴射するようになっている。コモンレール５４には燃料タンク５１の燃料が高圧サプライポンプ５３により圧送されて高圧で蓄えられる。また、コモンレール５４からインジェクタ４に供給された燃料は、上記燃焼室への噴射用の他、インジェクタ４の制御油圧等としても用いられ、インジェクタ４から低圧のドレーンライン５６を経て燃料タンク５１に還流するようになっている。

圧力検出手段である圧力センサ５７は、コモンレール５４に設けられてコモンレール圧力を検出する。そして、その検出結果に基づいてＥＣＵ３が調量弁５２を制御してコモンレール５４への燃料の圧送量を調整する。さらに、ＥＣＵ３は、このコモンレール圧力を、他のセンサ入力等によって検出された運転条件に応じた適正な噴射圧となるように制御する。また、ＥＣＵ３はクランク角度等の検出信号に基づいて燃料の噴射時期や噴射量を演算し、これに応じてインジェクタ４の開弁と閉弁とを切換え、インジェクタ４から所定の期間、燃料を噴射せしめる。

図３に示すように、インジェクタ４は、略棒状体であって、図中下側部分がエンジンの燃焼室壁（図示せず）を貫通して燃焼室内に突出するように取り付けられている。インジェクタ４は下側から順にノズル部４ａ、背圧制御部４ｂ、ピエゾアクチュエータ４ｃとなっている。

ノズル部４ａの本体４０４内にニードル４２１がその後端部にて摺動自在に保持されており、ニードル４２１はノズル本体４０４内の先端部に形成された環状シート４０４１に着座または離座する。ニードル４２１の先端部の外周空間４０５には高圧通路４０１を介してコモンレール５４から高圧燃料が導入され、ニードル４２１のリフト時に噴孔４０３から燃料が噴射される。ニードル４２１にはその環状段面４２１１に前記高圧通路４０１からの燃料圧がリフト方向（上向き）に作用している。ニードル４２１の後方には高圧通路４０１からインオリフィス４０７を介して制御油としての燃料が導入されており、ニードル４２１の背圧を発生する背圧室４０６が形成される。この背圧は、背圧室４０６に配設されたスプリング４２２とともにニードル４２１の後端面４２１２に着座方向（下向き）に作用する。上記背圧は背圧制御部４ｂで切り替えられる。

背圧制御部４ｂは、ピエゾスタック７を備えたピエゾアクチュエータ４ｃにより駆動される。背圧室４０６はアウトオリフィス４０９を介して常時、背圧制御部４ｂの弁室４１０と連通している。弁室４１０は天井面４１０１が上向きの円錐状に形成されており、天井面４１０１の最上部で低圧室４１１とつながっている。低圧室４１１はドレーンライン５６に通じる低圧通路４０２と連通している。弁室４１０の底面４１０２には高圧通路４０１から分岐する高圧制御通路４０８が開口している。弁室４１０内には、下側部分を水平にカットしたボール４２３が配設されている。ボール４２３は上下動可能な弁体であり、下降時には、上記カット面で弁座としての弁室底面（以下、高圧側シートという）４１０２に着座し弁室４１０を高圧制御通路４０８と遮断し、上昇時には弁座としての上記天井面（以下、低圧側シートという）４１０１に着座し弁室４１０を低圧室４１１から遮断する。これにより、ボール４２３下降時には背圧室４１０がアウトオリフィス４０９、弁室４１０を経て低圧室４１１と連通し、ニードル４２１の背圧が低下してニードル４２１がリフトする。一方、ボール４２３の上昇時には背圧室４０６が低圧室４１１と遮断されて高圧通路４０１のみと連通し、ニードル４２１の背圧が上昇してノズルニードル４２１が着座する。ボール４２３はピエゾアクチュエータ４ｃにより押圧駆動される。

ピエゾアクチュエータ４ｃは、低圧室４１１の上方に上下方向に形成された縦穴４１２に径の異なる２つのピストン４２４、４２５が摺動自在に保持され、上側の大径のピストン４２５の上方にピエゾスタック７が上下方向を伸縮方向として配設されている。

大径ピストン４２５はその下方に設けられたスプリング４２６によりピエゾスタック７と当接状態を維持しており、ピエゾスタック７の伸縮量と同じだけ上下方向に変位するようになっている。

ボール４２３と対向する下側の小径ピストン４２４と大径ピストン４２５と縦穴４１２とで画された空間には燃料が充填されて変位拡大室４１３が形成されており、ピエゾスタック７の伸長で大径ピストン４２５が下方変位して変位拡大室４１３の燃料を押圧すると、その押圧力が変位拡大室４１３の燃料を介して小径ピストン４２４に伝えられる。ここで、小径ピストン４２４は大径ピストン４２５よりも小径としているので、ピエゾスタック７の伸長量が拡大されて小径ピストン４２４の変位に変換される。

変位拡大室４１３は常時十分な燃料が満たされるように図示しないチェック弁を介して低圧通路４０２と通じている。チェック弁は低圧通路４０２から変位拡大室４１３に向かう方向を順方向として設けられており、ピエゾスタック７の伸長により大径ピストン４２５が押圧された時に閉じて燃料を変位拡大室４１３に閉じ込めるようになっている。

燃料噴射時には、先ず、ピエゾスタック７が充電されると、ピエゾスタック７が伸長する。このピエゾスタック７の伸長により、小径ピストン４２４が下降してボール４２３を押し下げる。このとき、ボール４２３が低圧側シート４１０１からリフトするとともに高圧側シート４１０２に着座して背圧室４０６が低圧通路４０２と連通するので、背圧室４０６の燃料圧が低下する。そして、ニードル４２１に離座方向に作用する力の方が着座方向に作用する力よりも優勢となって、ニードル４２１がリフトして燃料噴射が開始される。

噴射停止は、反対にピエゾスタック７を放電させると、ピエゾスタック７が縮小し、ボール４２３への押し下げ力を解除する。このとき、弁室４１０内は低圧となっており、またボール４２３の底面には高圧制御通路４０８から高圧の燃料圧力が作用しているから、ボール４２３には全体としては上向きの燃料圧が作用している。そして、ボール４２３への押し下げ力の解除により、ボール４２３が高圧側シート４１０２からリフトするとともに再び低圧側シート４１０１に着座して弁室４１０の燃料圧力が上昇するため、ニードル４２１が着座し噴射が停止する。

次に、ピエゾアクチュエータ駆動回路１について説明する。ピエゾアクチュエータ駆動回路１は、車載のバッテリ１１、バッテリ１１から数十〜数百Ｖの直流電圧を発生するＤＣ−ＤＣコンバータ１２、およびその出力端に並列に接続されたバッファコンデンサ１３により直流電源１０を構成し、ピエゾスタック７の充電用の電圧を出力する。バッファコンデンサ１３は比較的静電容量の大きなもので構成され、ピエゾスタック７への充電作動時にも略一定の電圧値を保つようになっている。他の気筒に配置されるピエゾスタック７は図３に示したピエゾスタック７と実質的に同じもので、残りの３つのインジェクタ４に１対１に対応して搭載される。

直流電源１０のバッファコンデンサ１３からピエゾスタック７にインダクタ１６を介して通電する第１の通電経路１２ａが設けてあり、第１の通電経路１２ａには、バッファコンデンサ１３とインダクタ１６間にこれらと直列に第１のスイッチング素子１４が介設されている。第１のスイッチング素子１４はＭＯＳＦＥＴで構成され、その寄生ダイオード１４１がバッファコンデンサ１３の両端間電圧に対して逆バイアスとなるように接続される。

また、インダクタ１６とピエゾスタック７は直流電源１０および第１のスイッチング素子１４をバイパスする第２の通電経路１２ｂを形成しており、この第２の通電経路１２ｂは、インダクタ１６と第１のスイッチング素子１４の接続中点に接続される第２のスイッチング素子１５を有している。第２のスイッチング素子１５もＭＯＳＦＥＴで構成され、その寄生ダイオード１５１がバッファコンデンサ１３の両端間電圧に対して逆バイアスとなるように接続される。

通電経路１２ａ、１２ｂは各気筒のインジェクタ４に対応したピエゾスタック７のそれぞれに共通であり、駆動対象としての各インジェクタ４に対応したピエゾスタック７のそれぞれを選択できる構成となっている。

ここで、第１のスイッチング素子１４、インダクタ１６、ピエゾスタック７、および電流検出用抵抗１８は、図１に示すように直列に接続されており充電回路を構成している。また、第２のスイッチング素子１５、インダクタ１６、ピエゾスタック７、および電流検出用抵抗１８は、図１に示すように直列に接続されており放電回路を構成している。

スイッチング素子１４、１５の各ゲートには駆動制御回路１９からそれぞれ制御信号が入力されている。そして、駆動制御回路１９は、スイッチング素子１４、１５のゲートにはパルス状の制御信号が入力してスイッチング素子１４、１５をオンオフし、ピエゾスタック７の充電制御および放電制御を行うようになっている。

駆動信号としての噴射信号は、「０」と「１」からなる二値信号で、燃料噴射をすべき期間に略対応して「１」となる。なお、噴射信号は、燃料噴射装置全体の制御を司るＥＣＵ３から、駆動制御回路１９へ入力されている。

ピエゾスタック７の両端の一方にあるインダクタ１６とピエゾスタック７の接続中点には、図１に示すように、バッファ回路２０が接続されている。このバッファ回路２０は、ピエゾスタック７に印加される印加電圧を比較的高いインピーダンスで受けるために設けられている。これにより、バッファ回路２０は、ピエゾスタック７に供給されるエネルギを略低下させることなく、ピエゾスタック７に加えられている印加電圧を出力する。電圧制御発振器としてのＶＣＯ回路２１がバッファ回路２０の出力側に接続されている。このＶＣＯ回路２１は、バッファ回路２０の出力に比例した所定の周波数を出力する。ワンショット回路２２がＶＣＯ回路２１の出力側に接続されており、その信号の立ち上がりで一定のパルス幅の信号を出力する。

また、ピエゾスタック７の両端の他方にある電流検出用抵抗１８とピエゾスタック７の接続中点には、図１に示すように、増幅回路２５が接続されている。この増幅回路２５は、電流検出用抵抗１８で検出した信号を所定のレベルに増幅する。増幅回路２５は、スイッチ回路２６を介して積分回路３０に接続している。スイッチ回路（第３のスイッチング素子）２６はＭＯＳＦＥＴ等で構成されている。第３のスイッチング素子２６のゲートにはワンショット回路２２のパルス状の信号が入力され、増幅回路２５の出力信号をワンショット回路２２のパルス信号に応じてオンオフする。

積分回路３０は、オペアンプ３１、積分抵抗３２、および積分コンデンサ３３とから構成されている。オペアンプ３１の反転入力（−）側は、積分抵抗３２が接続されるとともに、第３のスイッチング素子２６がオンのときに増幅回路２５の出力信号が入力される。なお、非反転入力（＋）側は接地されている。積分コンデンサ３３は、オペアンプ３１の反転入力（−）側と出力側とに接続している。なお、スイッチ回路（第４のスイッチング素子）３４が積分コンデンサ３３に並列接続されている。この第４のスイッチング素子３４は駆動制御回路１９からの信号に応じてオンオフされ、オンしたとき積分コンデンサ３３の電荷をショートすることで積分値をリセットする。

オペアンプ３１の出力側は駆動制御回路１９に接続している。駆動制御回路１９は、所定のプログラムに応じて演算、処理するＣＰＵ１９１、プログラムやデータを格納するメモリ１９２、信号を入出力するＩＯ回路１９３、および各種の検出手段によって検出されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路１９４とからなる。ＩＯ回路１９３には、駆動信号としての噴射信号が入力され、スイッチング素子１４、１５のゲートへの制御信号や、積分回路３０の第４のスイッチング素子３４へリセット信号を出力する。ＡＤ変換回路１９４は、目標充電量（目標充電エネルギとも呼ぶ）としてのエネルギ制御信号の電圧や、積分回路３０の出力電圧が入力される。

なお、ここで、目標充電量（目標充電エネルギ）は、例えば、ピエゾスタック（ピエゾスタック全体としてのピエゾアクチュエータ）の固体間バラツキの中心値を基準に予め実験等により測定した値である。なお、ピエゾスタック温特の中心値を基準に予め実験等により測定した値でもよい。この目標充電エネルギとしてのエネルギ制御信号は、外部からＡＤ変換回路１９４を介して駆動制御回路１９に入力される。

ここで、バッファ回路２０、ＶＣＯ回路２１、ワンショット回路２２、増幅回路２５、スイッチング素子２６、３４、および積分回路３０は演算回路１９ａを構成している。

以下、駆動制御回路１９について、ピエゾスタック７の充電を行なう回路構成を中心に説明する。制御回路１９は第１のスイッチング素子１４のオン期間とオフ期間とを次のように設定し、第１のスイッチング素子１４の制御信号を出力する。すなわち、オン期間は一定の所定値Ｔｏｎ（図５参照）とするとともに、オフ期間は充電電流が０になると第１のスイッチング素子１４をオンして終了し次のオン期間に入るように設定してある。この一定の所定値Ｔｏｎは、制御回路１９により調整可能である。後述の制御処理における算出された充電エネルギ（図５（ｉ））と目標充電量（図１のエネルギ制御信号）とを比較し、その差分に応じて次回充電行程における充電量を補正するための制御量を構成する。
第１のスイッチング素子１４の制御信号はタイマ制御にて予め設定された時間の間は出力される。その結果として、予め設定された充電期間において、この時間に応じた回数で第１のスイッチング素子１４のオンオフが繰り返される（図５参照）。ここで、図５のタイムチャートにおいて、（ａ）は駆動信号としての噴射信号、（ｂ）は充電時間、（ｃ）は第１のスイッチング素子のオンオフ特性、（ｄ）はピエゾスタック７に印加される充電電圧、（ｅ）はピエゾスタック７へ流れる充電電流、（ｆ）はＶＣＯ回路２１で出力される出力特性、（ｇ）はワンショット回路２２で出力されるパルス信号、（ｈ）は積分回路３０の出力特性である。なお、（ｉ）および（ｊ）はそれぞれピエゾスタック７の充電電力、ピエゾスタック７に充電された充電エネルギの過渡特性を示し、オシロ等の計測器を用いて計測した。なお、（ｂ）に示す充電時間、（ｃ）に示すオン期間、（ｅ）に示すオンオフ１周期における充電電流のピーク値、（ｆ）に示す充電電圧に比例した周波数の周期、（ｇ）に示すパルス信号のパルス幅を、それぞれＴｔ、Ｔｏｎ、Ｉｐ、τｖ、Ｔｉで表す。

なお、充電時間Ｔｔは駆動制御回路１９のメモリ１９２に格納され、目標充電エネルギに基いて予め設定された所定時間である。例えば、インジェクタ４から噴射される燃料噴射量等の要求される燃料噴射特性に応じて決定される最適の時間であることが好ましい。

図５（ｅ）の充電電流の経時変化を示すように、第１のスイッチング素子１４のオン期間には、第１の通電経路１２ａに、バッファコンデンサ１３からインダクタ１６を介してピエゾスタック７に漸増する充電電流が流れる。そして第１のスイッチング素子１４のオフ期間には、インダクタ１６に発生する誘導起電力が第２の寄生ダイオード１５１に対し順バイアスとなり、第２の通電経路１２ｂに、フライホイール作用により漸減する充電電流が流れる。ここで、第１のスイッチング素子１４のオンオフ周波数に比してインダクタ１６およびピエゾスタック７を含む回路の共振周波数は十分に高く、波形は三角形とみなせる。オンオフ１周期における充電電流のピーク値（ピーク電流）Ｉpは、オン期間の終期における電流であって、直流電源１０の出力電圧すなわちバッファコンデンサ１３の両端間電圧をＶｄｃ−ｄｃ 、ピエゾスタック電圧をＶp 、オン期間の長さをＴｏｎ、インダクタ１６のインダクタンスをＬとして、Ｉp ＝（Ｖｄｃ−ｄｃ −Ｖp ）×Ｔｏｎ／Ｌとなる。この式中、直流電源出力電圧Ｖｄｃ−ｄｃは前記のごとく一定とみなせる。

図５（ｄ）、図５（ｅ）および図５（ｊ）の充電電圧、充電電流および充電エネルギの各特性に示すように、ピエゾスタック電圧Ｖp は、ピエゾスタック７の充電を開始する時の初期値が０で、時間の経過に従って漸増する経時プロファイルを示すから、スイッチング素子１４のオン期間にインダクタ１６に印加される電圧（Ｖｄｃ−ｄｃ −Ｖp ）は、ピエゾスタック７の充電が進むにつれて漸次低くなる。これにより、インダクタ１６の誘導起電力も漸次小さくなるから、オン期間における充電電流の勾配もピエゾスタック７の充電が進むにつれて小さくなる。本実施形態ではオン期間Ｔｏｎを一定とすることで、充電電流は、三角波形をとりながら全体的にみてピエゾスタック電圧Ｖp とは逆に減少する経時プロファイルを示す。

ここで、ピエゾスタック電圧Ｖp はピエゾスタック７の静電容量に反比例するから、静電容量が増大したとすると、これはピエゾスタックの充電電圧Ｖp の上昇速度を抑制する方向に作用する。このピエゾスタック電圧Ｖp の上昇速度に対する抑制方向の作用は、スイッチング素子１４のオン期間におけるインダクタ１６への印加電圧の低下が緩和する方向に作用する。結果として、全体的にみた充電電流Ｉp の減少速度を抑制する方向に作用する。これはピエゾスタック７へ電荷供給速度を増大する方向、つまりピエゾスタックの充電電圧Ｖp の上昇速度を増加する方向に作用するから、温度等によりピエゾスタック７の静電容量が増大しても、ピエゾスタック電圧Ｖp の経時プロファイルはあまり変化しない。一方、ピエゾスタック電圧Ｖp がピエゾスタック７の静電容量の増大によって大きく変化しないことから、充電電流 の経時プロファイルも余り変化しないことになる。

さらに、ピエゾスタック７の静電容量の増大によるピエゾスタック電圧Ｖp 、充電電流 への小さな影響は次の性質を有している。すなわち、ピエゾスタック７への、充電による単位時間当たりのエネルギ供給量はピエゾスタックの充電電圧Ｖp と充電電流の積で表されるところ、ピエゾスタックの充電電圧Ｖp の上昇速度を抑制する方向は、単位時間当たりのエネルギ供給量を減少する方向に作用する。そして、充電電流 の減少を緩和する方向は、単位時間当たりのエネルギ供給量を増加する方向に作用する。その結果、両者は互いに相殺する方向に作用している。したがって、単位時間当たりのエネルギ供給量が、環境温度の変動等に基因したピエゾスタック７の静電容量の変動によらず、略一定とする。

さらに、本実施形態では、図１に示すように、演算回路１９ａによる所定の充電時間Ｔｔでピエゾスタック７へ充電される充電エネルギを算出する演算手段と、演算回路１９ａによって算出された充電エネルギと目標充電エネルギとを比較し、次回充電における充電エネルギを補正する駆動制御手段とを備えている。これにより、予め設定された一定充電時間に充電された充電エネルギ量と目標充電エネルギ量を比較し、次回充電行程にてその差に応じた補正を行なうことで、ピエゾスタック７の個体間バラツキ等の影響を受けにくくし、ピエゾスタック７に充電される充電エネルギ量を正確に制御することが可能である。

なお、駆動制御手段は、ピエゾアクチュエータ駆動回路１あるいは駆動制御回路１９に具備されている場合に限らず、燃料噴射装置全体の制御を司るＥＣＵ３に具備されているものであってもよい。なお、以下本実施形態では、ピエゾアクチュエータ駆動回路１に具備されているものとする。

ここで、本発明の演算手段と駆動制御手段とを備えたピエゾアクチュエータ駆動回路１が、充電量としての充電エネルギを算出し、かつ算出された充電エネルギと目標充電エネルギから次回充電での充電エネルギを補正制御する制御処理を、図４に従って説明する。

ステップ（以下、Ｓと省略する）６０１では、駆動制御回路１９からリセット信号を出力して第４のスイッチング素子３４をオンすると、積分回路３０の積分値がリセットされ初期化される。その後、再び第４のスイッチング素子３４をオフにすると、積分回路３０は積分開始のための準備状態となり、Ｓ６０２へ移行する。

Ｓ６０２では、駆動信号としての噴射信号が立ち上がって１レベルになると、充電時間Ｔｔも１レベルとなり、同時に駆動制御回路１９は第１のスイッチング素子１４をオンにする（図５（ａ）〜（ｃ）参照）。このとき、第１のスイッチング素子１４のオン動作によって、直流電源１０のバッファコンデンサ１３から第１のスイッチング素子１４、インダクタ１６およびピエゾスタック７の第１の通電経路１２ａと、電流検出用抵抗１８との回路に充電電流が流れる。この受電電流はインダクタ１６の作用で時間とともに増加していく。

なお、ここで、充電時間Ｔｔが経過するまで、演算回路１９ａの積分回路３０によってピエゾスタック７へ流れる充電電流（図５（ｅ）参照）と充電電圧（図５（ｄ）参照）の積を時間積分した充電エネルギが算出される（図５（ｈ）参照）。すなわち、ピエゾスタック７の両端間の印加電圧つまり充電電圧はバッファ回路２０を介してＶＣＯ回路２１に入力される。そして、ＶＣＯ回路２１は、その入力された電圧値に比例した周波数のパルス（詳しくは周期がτｖ）が出力する（図５（ｆ）参照）。出力された周期τｖのパルスはワンショット回路２２に入力され、出力パルスの立ち上がりで一定のパルス幅Ｔｉに変換され（図５（ｇ）参照）、第３のスイッチング素子２６をオンオフする。第３のスイッチング素子２６には、電流検出抵抗１８で検出された充電電流の電流値が増幅回路２５を介して入力されており、第３のスイッチング素子２６がオンしている間、後段の積分回路３０に入力される。この積分回路３０は、ピエゾスタック７の充電電圧と充電電流の積である電力（図５（ｉ）参照）を時間積分した充電エネルギ（図５（ｊ）参照）に相当する演算結果を出力する。そして積分回路３０によって算出された充電エネルギは駆動制御回路１９のＡＤ変換回路１９４に入力される。

Ｓ６０３では、予め設定されたオン期間Ｔｏｎが経過したか否かを判定する。
オン期間Ｔｏｎが経過したならば、Ｓ６０４へ移行する。逆に、オン期間Ｔｏｎが経過していなければ、Ｓ６０２へ移行して第１のスイッチング素子１４のオン動作を継続する。

Ｓ６０４では、Ｓ６０３でオン期間Ｔｏｎが経過した判断されると、駆動制御回路１９は第１のスイッチング素子１４をオフにする（図５（ｃ）参照）。このとき、インダクタ１６の作用により充電電流は、直流電源１０および第１のスイッチング素子１４をバイパスしてインダクタ１６からピエゾスタック７の第２の通電回路１２ｂ、および電流検出用抵抗１８と第２の寄生ダイオード１５１との回路に流れ続けて次第に減少していく。

Ｓ６０５では、充電時間Ｔｔが経過したか否かを判定する。充電時間Ｔｔが経過したならば、Ｓ６０７へ移行する。逆に、充電時間Ｔｔが経過していなければ、Ｓ６０６へ移行する。

Ｓ６０６では、Ｓ６０５で充電時間Ｔｔが経過していないと判断すると、充電行程を継続する。すなわち、Ｓ６０４にて第１のスイッチング素子１４をオフすることで次第に減少していた充電電流の電流値が零になったか否かを判定する。充電電流の電流値が零ではない場合には、他の制御処理へ移行しない。充電電流の電流値が零になった時点で、Ｓ６０２へ移行し再び第１のスイッチング素子１４をオンにする。

なお、以降充電時間Ｔｔが経過するまでの間、第１のスイッチング素子１４のオンオフ動作を繰り返してピエゾスタック７の充電が継続される。

Ｓ６０７では、Ｓ６０５にて充電時間Ｔｔが経過したと判断されると、充電時間が０レベルとなり、予め決められた充電時間Ｔｔの間充電が行なわれたので、駆動制御回路１９は充電を終了する。そして、駆動制御回路１９のＡＤ変換回路１９４に入力された演算結果である充電エネルギ量と目標充電エネルギ量としてのエネルギ制御信号値（詳しくはエネルギ制御信号の電圧値）とを比較し、その差分を判定する。すなわち充電エネルギ値がエネルギ制御信号値より大きいか否かを判定する。充電エネルギ値がエネルギ制御信号値より大きいならば、Ｓ６０８へ移行する。逆に、充電エネルギ値がエネルギ制御信号値より小さいならば、Ｓ６０９へ移行する。

Ｓ６０８では、Ｓ６０７にて充電エネルギ値がエネルギ制御信号値より大きいと判断されると、その差に従って駆動制御回路１９内に予め設定した第１のスイッチング素子１４のオン時間補正値ΔＴｏｎ分だけオン時間Ｔｏｎを短く設定し、次回充電行程での充電エネルギ量を減少させて、Ｓ６１０へ移行する。

Ｓ６０９では、Ｓ６０７にて充電エネルギ値がエネルギ制御信号値より小さいと判断されると、その差に従って駆動制御回路１９内に予め設定した第１のスイッチング素子１４のオン時間補正値ΔＴｏｎ分だけオン時間Ｔｏｎを長く設定し、次回充電行程での充電エネルギ量を増加させて、Ｓ６１０へ移行する。

Ｓ６１０では、Ｓ６０８またはＳ６０９の制御処理が終了して暫く後、積分回路３０の第４のスイッチング素子３４をオンにして積分コンデンサの電荷を放出し、積分結果をリセットしてから再び第４のスイッチング素子３４をオフにして次回充電行程に備える。

ここで、従来制御において、充電行程における一定充電時間に、第１のスイッチング素子１４のオンオフを繰り返しながらピエゾスタック７を充電する多重スイッチング方式において、そのオン期間を予め設定された所定長さＴｏｎの一定値にすることで、温度によるピエゾスタック７の静電容量変化の影響を受けにくくし、ピエゾスタック７への充電エネルギ値を略一定にすることができていた。

これに対して、本発明の実施形態によれば、その充電過程において演算回路１９ａによって充電エネルギを算出し、その演算回路１９ａで算出した充電エネルギ値と目標充電エネルギ値とを比較し、その差に応じて充電エネルギを補正することによって、予め設定された一定充電時間内に充電される充電エネルギを、一定エネルギの目標値に正確に制御することを可能とした。

また、目標値を設定することで、ピエゾの個体間バラツキで、同一変位量を得るための
充電エネルギ値が変化した場合でも、その目標値を変化させて設定し、その設定した
目標値に対応して充電エネルギを補正することで、より正確に充電エネルギを制御
することができる。

以上説明した実施形態によれば、その補正方法として次回充電行程にてオン期間の所定長さＴｏｎを見直すことで、オンオフ１周期における充電電流のピーク値Ｉｐを補正することができるので、次回充電エネルギを増減させて目標充電エネルギ値に合わせ込むことを可能とした。

（第２の実施形態）
以下、本発明を適用した他の実施形態を説明する。なお、以下の実施形態においては、第１の実施形態と同じもしくは均等の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

第２の実施形態では、図６に示すように、第１の実施形態で説明した増幅回路２５と第３のスイッチング素子２６の接続中点から分岐して、駆動制御回路１９のＡＤ変換回路１９４に接続されている。図６は、本実施形態のピエゾアクチュエータ駆動回路の電気的構成を表す回路図である。図７は、本実施形態に係る充電量を算出し、かつ算出された充電量と目標充電量から次回充電における充電量を補正する制御処理を示すフローチャートである。なお、本実施形態に係るピエゾアクチュエータ駆動回路の各部の作動を示す特性図は、図５（ａ）〜図５（ｊ）と共通であり説明を省略する。

図６に示すように、電流検出用抵抗１８の出力である充電電流の電流値は増幅回路２５で増幅された後、第１の実施形態と同様に第３のスイッチング素子２６を介して積分回路３０へ入力されるが、それとは別に、駆動制御回路１９のＡＤ変換回路１９４へ入力される。これにより、予め設定された電流値（詳しくは、充電電流のピーク値Ｉｐ）に従って測定された１回目のオン期間の一定の長さＴｏｎを決定することができる。さらに、その後の所定の充電期間中は、測定されたオン期間Ｔｏｎに基いてスイッチング素子１４のオンオフが繰り返すことが可能である。

さらになお、充電過程において充電エネルギ値と目標値とを比較し、その差に応じた充電エネルギの補正方法として、次回充電行程にてオンオフ１周期における充電電流のピーク値Ｉｐを補正する場合、充電電流のピーク値Ｉｐを、設定された電流値から補正した値に見直すことは、次回充電行程での測定結果となるオン期間の一定長さを補正することとなるので、第１の実施形態と同様に、一定充電時間内に充電される充電エネルギを、目標値に正確に制御することができる。

図７に従って、本実施形態に係るピエゾアクチュエータ駆動回路１において、充電量としての充電エネルギを算出し、かつ算出された充電エネルギと目標充電エネルギから次回充電での充電エネルギを補正制御する制御処理を説明する。なお、図７中のＳ６０１、Ｓ６０５、Ｓ６０６、Ｓ６０７、およびＳ６１０の各制御処理は第１の実施形態で説明したので、説明を省略する。

Ｓ６０１の制御処理が終了すると、Ｓ７０１では、駆動信号としての噴射信号が立ち上がって１レベルになると、第１の実施形態と同様に、駆動制御回路１９は第１のスイッチング素子１４をオンにする。このとき、第１のスイッチング素子１４のオン動作によって、直流電源１０のバッファコンデンサ１３から第１のスイッチング素子１４、インダクタ１６およびピエゾスタック７の第１の通電経路１２ａと、電流検出用抵抗１８との回路に充電電流が流れる。同時に、オン期間Ｔｏｎの測定を開始する。充電電流はインダクタ１６の作用で時間とともに増加していく。

Ｓ７０２では、Ｓ７０１にて第１のスイッチング素子１４をオンすることで次第に増加していく充電電流が、予め設定された充電電流のピーク値Ｉｐに到達したか否かを判定する。次第に増加していく充電電流値がピーク値Ｉｐに到達していない場合には、Ｓ７０１へ移行して第１のスイッチング素子１４のオン動作を継続する。逆に、次第に増加していく充電電流値がピーク値Ｉｐに到達した場合には、Ｓ７０３へ移行する。

Ｓ７０３では、Ｓ７０２にて充電電流値がピーク値Ｉｐに到達したと判断されると、直ちに第１のスイッチング素子１４をオフにし、オン期間Ｔｏｎの測定結果を駆動制御回路１９内のメモリ１９２に記憶する。

ここで、Ｓ７０３にて第１のスイッチング素子１４をオフすることで充電電流は、インダクタ１６の作用により次第に減少していく。Ｓ６０５で充電時間Ｔｔが経過していないと判断される場合は、充電行程を継続する。さらに、Ｓ６０６にて次第に減少していく充電電流の電流値が零になった場合には、直ちに、Ｓ７０４へ移行する。

Ｓ７０４では、Ｓ６０６にて充電電流の電流値が零になると、直ちに、第１のスイッチング素子１４をオンし、Ｓ６０５へ移行して充電時間Ｔｔが経過するまでの間、第１のスイッチング素子１４のオンオフ動作を繰り返してピエゾスタック７の充電が継続される。なお、Ｓ６０５にて充電時間Ｔｔが経過したと判断された場合は、第１の実施形態と同様に、Ｓ６０７にて充電エネルギ値がエネルギ制御信号値より大きいか否かの判定がなされる。

そして、Ｓ６０７で充電エネルギ値がエネルギ制御信号値より大きいと判断されると、Ｓ７０８では、その差に従って駆動制御回路１９内に予め設定した充電電流のピーク値Ｉｐの補正分だけピーク値Ｉｐを低く設定することで、オン期間Ｔｏｎを短くし、結果として次回充電行程での充電エネルギ量を減少させて、Ｓ６１０へ移行する。逆に、Ｓ６０７で充電エネルギ値がエネルギ制御信号値より小さいと判断されると、Ｓ７０９では、その差に従って駆動制御回路１９内に予め設定した充電電流のピーク値Ｉｐの補正分だけピーク値Ｉｐを高く設定することで、オン期間Ｔｏｎを長くし、結果として次回充電行程での充電エネルギ量を増加させて、Ｓ６１０へ移行する。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、予め設定した充電電流のピーク値Ｉｐを、第２の実施形態の説明では１回目のオン期間の長さＴｏｎを測定するために用い、その長さＴｏｎに基いて第１のスイッチングのオンオフを繰り返したが、図８に示すように、充電期間中、予め設定した充電電流のピーク値Ｉｐに基いて第１のスイッチングのオンオフを切換える。図８は、本実施形態に係る充電量を算出し、かつ算出された充電量と目標充電量から次回充電における充電量を補正する制御処理を示すフローチャートである。図９は、本実施形態に係る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ムチャートである。なお、本実施形態に係るピエゾアクチュエータ駆動回路１の電気的構成は、図６と共通であり説明を省略する。ここで、図９のタイムチャートにおいて、（ａ）は駆動信号としての噴射信号、（ｂ）は充電時間、（ｃ）は第１のスイッチング素子のオンオフ特性、（ｄ）はピエゾスタック７に印加される充電電圧、（ｅ）はピエゾスタック７へ流れる充電電流、（ｆ）はＶＣＯ回路２１で出力される出力特性、（ｇ）はワンショット回路２２で出力されるパルス信号、（ｈ）は積分回路３０の出力特性である。

図８に従って、本実施形態に係るピエゾアクチュエータ駆動回路１において、充電量としての充電エネルギを算出し、かつ算出された充電エネルギと目標充電エネルギから次回充電での充電エネルギを補正制御する制御処理を説明する。なお、図８中のＳ６０１、Ｓ６０２、Ｓ６０５、Ｓ６０６、Ｓ６０７、およびＳ６１０の各制御処理は第１の実施形態で説明したので、説明を省略する。

Ｓ６０１の制御処理が終了すると、Ｓ６０２では、駆動信号としての噴射信号が立ち上がって１レベルになると、第１の実施形態と同様に、駆動制御回路１９は第１のスイッチング素子１４をオンにする。

Ｓ８０３では、Ｓ６０２にて第１のスイッチング素子１４をオンすることで次第に増加していく充電電流が、予め設定された充電電流のピーク値Ｉｐに到達したか否かを判定する。次第に増加していく充電電流値がピーク値Ｉｐに到達していない場合には、Ｓ６０２へ戻って第１のスイッチング素子１４のオン動作を継続する。逆に、次第に増加していく充電電流値がピーク値Ｉｐに到達した場合には、Ｓ８０４へ移行する。

Ｓ８０４では、Ｓ８０３で充電電流値がピーク値Ｉｐに到達したと判断されると、駆動制御回路１９は第１のスイッチング素子１４をオフにする。

ここで、Ｓ８０４にて第１のスイッチング素子１４をオフすることで充電電流は、インダクタ１６の作用により次第に減少していく。Ｓ６０５で充電時間Ｔｔが経過していないと判断される場合は、充電行程を継続する。さらに、Ｓ６０６にて次第に減少していく充電電流の電流値が零になった場合には、直ちに、Ｓ６０２へ移行し再び第１のスイッチング素子１４をオンする。

なお、以降充電時間Ｔｔが経過するまでの間、第１のスイッチング素子１４のオンオフ動作を繰り返してピエゾスタック７の充電が継続される。駆動制御回路１９は、充電期間中、予め設定した充電電流のピーク値Ｉｐに基いて第１のスイッチングのオンオフを切換えるので、充電期間Ｔｔの間、ピーク値Ｉｐは一定である（図９（ｅ）参照）ある。図９（ｃ）中に示すオン期間Ｔｏｎｎにおいて、１回目のオン期間Ｔｏｎ１、２回目のオン期間Ｔｏｎ２、３回目のオン期間Ｔｏｎ３の関係は、Ｔｏｎ１＜Ｔｏｎ２＜Ｔｏｎ３となる。

そして、Ｓ６０５にて充電時間Ｔｔが経過したと判断された場合は、第１の実施形態と同様に、Ｓ６０７にて充電エネルギ値がエネルギ制御信号値より大きいか否かの判定がなされる。

そして、Ｓ６０７で充電エネルギ値がエネルギ制御信号値より大きいと判断されると、Ｓ８０８では、その差に従って駆動制御回路１９内に予め設定した充電電流のピーク値Ｉｐの補正分だけピーク値Ｉｐを低く設定し、結果として次回充電行程での充電エネルギ量を減少させて、Ｓ６１０へ移行する。逆に、Ｓ６０７で充電エネルギ値がエネルギ制御信号値より小さいと判断されると、Ｓ８０９では、その差に従って駆動制御回路１９内に予め設定した充電電流のピーク値Ｉｐの補正分だけピーク値Ｉｐを高く設定し、結果として次回充電行程での充電エネルギ量を増加させて、Ｓ６１０へ移行する。

以上説明した実施形態によれば、充電過程において充電エネルギ値と目標値とを比較し、その差に応じた充電エネルギの補正方法として、次回充電行程にてオンオフ１周期における充電電流のピーク値Ｉｐを、設定された電流値から補正した値に見直すので、予め設定された一定充電時間Ｔｔ内に充電される充電エネルギを、一定エネルギの目標値に正確に制御することができる。

本発明の第１の実施形態のピエゾアクチュエータ駆動回路の電気的構成を表す回路図である。 図１に示すピエゾアクチュエータ駆動回路を適用し、ピエゾアクチュエータ駆動回路により駆動されるピエゾアクチュエータが搭載された内燃機関の燃料噴射装置の概略構成を示す構成図である。 図２中のピエゾアクチュエータ駆動回路により駆動されるピエゾアクチュエータを有するインジェクタの構成を示す模式的断面図である。 第１の実施形態に係る充電量を算出し、かつ算出された充電量と目標充電量から次回充電における充電量を補正する制御処理を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る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ムチャートである。 第２の実施形態のピエゾアクチュエータ駆動回路の電気的構成を表す回路図である。 第２の実施形態に係る充電量を算出し、かつ算出された充電量と目標充電量から次回充電における充電量を補正する制御処理を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る充電量を算出し、かつ算出された充電量と目標充電量から次回充電における充電量を補正する制御処理を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る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ムチャートである。 従来のピエゾアクチュエータ駆動回路の電気的構成を表す回路図である。 図１０の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って、図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）はそれぞれピエゾアクチュエータのピエゾスタックの静電容量が異なるピエゾアクチュエータ駆動回路の作動を示すグラフである。

符号の説明

１ ピエゾアクチュエータ駆動回路
１０ 直流電源（充電手段）
１１ バッテリ
１２ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１２ａ 第１の通電経路（充電手段）
１２ｂ 第２の通電経路（充電手段）
１３ バッファコンデンサ
１４ 第１のスイッチング素子
１５ 第２のスイッチング素子
１５１ 第２の寄生ダイオード（充電手段）
１６ インダクタ
１８ 電流検出用抵抗
１９ 駆動制御回路（駆動制御手段）
１９ａ 演算回路（演算手段）
２０ バッファ回路
２１ ＶＣＯ回路
２２ ワンショット回路
２５ 増幅回路
２６ 第３のスイッチング素子（スイッチ回路）
３０ 積分回路
３１ オペアンプ
３２ 積分抵抗
３３ 積分コンデンサ
３４ 第４のスイッチング素子（スイッチ回路）
３ ＥＣＵ
４ インジェクタ
４ａ ノズル部
４ｂ 背圧制御部
４ｃ ピエゾアクチュエータ

Claims (6)

1. 充放電することで駆動するピエゾスタックを所定の充電期間内に充電する充電手段と、
   前記充電手段によって所定の充電期間に充電される充電量を算出する演算手段と、
   前記演算手段によって算出された充電量と目標充電量とを比較し、その差分に応じて次回充電行程における充電量を補正する駆動制御手段とを備え、
   前記ピエゾスタックへ流れる充電電流と充電電圧とを充電行程中測定し、測定した充電電流と充電電圧の積を時間積分した充電エネルギを、前記充電量とし、
   前記演算手段は、測定された充電電流と充電電圧の積を時間積分する積分演算手段であって、充電電圧に基づいて、時間積分するための積分周期を調整する積分演算手段を有することを特徴とするピエゾアクチュエータ駆動回路。
2. 前記充電手段は、
   前記ピエゾスタックに直流電源からインダクタを介して通電する第１の通電経路を有し、前記第１の通電経路にはその途中に設けられてオンオフを繰り返すスイッチング素子のオン期間に漸増する充電電流を流し、
   前記直流電源および前記スイッチング素子をバイパスして、前記インダクタから前記ピエゾスタックに通電する第２の通電経路を有し、前記スイッチング素子のオフ期間に漸減する充電電流をフライホイール作用で流す多重スイッチング方式であって、
   前記スイッチング素子は、前記所定の充電期間中、前記駆動制御手段によって所定のオン期間の長さでオンオフ制御されるとともに、
   前記駆動制御手段は、前記差分に応じて前記所定のオン期間の長さを補正することを特徴とする請求項１に記載のピエゾアクチュエータ駆動回路。
3. 前記所定のオン期間は、目標充電量に基いて予め設定された所定期間であることを特徴とする請求項２に記載のピエゾアクチュエータ駆動回路。
4. 前記スイッチング素子のオン期間からオフ期間に切換わるときの充電電流を検出する電流検出手段を備え、
   前記駆動制御手段は、前記所定の充電期間中の少なくとも１回目の充電行程におけるオン期間を、検出された充電電流が予め設定された電流値になるまでとするとともに、
   次回充電行程において、前記設定された電流値を、前記差分に応じて補正することを特徴とする請求項２に記載のピエゾアクチュエータ駆動回路。
5. 前記積分周期を、前記所定の充電期間内において前記充電手段により前記ピエゾスタックへの充電が繰り返される周期よりも短く設定したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のピエゾアクチュエータ駆動回路。
6. 前記積分周期を、充電電圧が高くなるほど短く設定したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のピエゾアクチュエータ駆動回路。

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