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Dokumentenidentifikation DE69007988T2 11.08.1994
EP-Veröffentlichungsnummer 0379182
Titel Einrichtung zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Elements für das Schliessen und Öffnen eines Ventilglieds.
Anmelder Toyota Jidosha K.K., Toyota, Aichi, JP
Erfinder Mitsuyasu, Masaki c/o Toyota Jidosha K.K., Aichi, JP
Vertreter Tiedtke, H., Dipl.-Ing.; Bühling, G., Dipl.-Chem.; Kinne, R., Dipl.-Ing.; Pellmann, H., Dipl.-Ing.; Grams, K., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 80336 München
DE-Aktenzeichen 69007988
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 17.01.1990
EP-Aktenzeichen 901009464
EP-Offenlegungsdatum 25.07.1990
EP date of grant 13.04.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.08.1994
IPC-Hauptklasse H01L 41/08
IPC-Nebenklasse F02M 41/14   F02D 41/40   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Elements, das als Treibstoffeinspritzventil einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine (Benzinmotor), einer selbstzündenden Brennkraftmaschine (Dieselmotor) oder dergleichen benutzt wird.

Ein piezoelektrisches Element großer Empfindlichkeit ist als Stellglied einer Treibstoffeinspritzeinrichtung für einen Benzinmotor, einen Dieselmotor oder dergleichen verwendbar (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nos. 60- 249877 und 62-17338). In einer Treibstoffeinspritzeinrichtung beispielsweise ist eine Druckkammer mit einem gesteuerten Treibstoffdurchfluß verbunden, und eine dazwischen befindliche Nadel dient als Ventilglied. Treibstoff wird der Druckkammer über einen lichten Abstand zwischen der Nadel und dem gesteuerten Treibstoffdurchfluß zugeführt, und weiterhin läuft Treibstoff über den vorstehend erwähnten Abstand von der Druckkammer zum gesteuerten Treibstoffdurchfluß. Bei dieser Treibstoffeinspritzeinrichtung wird ein piezoelektrisches Element zum Vergrößern und Verkleinern des Volumens der Druckkammer verwendet, wodurch die Nadel geöffnet und geschlossen wird. Wenn sich dieses piezoelektrische Element in bekannter Weise durch Anlegen einer positiven oder einer negativen Spannung ausdehnen und zusammenziehen läßt, wird in diesem Falle eine bestimmte positive Spannung an das piezoelektrische Element angelegt, um es auszudehnen, d. h. um das Volumen der Druckkammer zu verkleinern, wodurch die Nadel geschlossen wird, und eine bestimmte negative Spannung wird an das piezoelektrische Element angelegt, um es zusammenzuziehen, d. h. um das Volumen der Druckkammer zu vergrößern, wodurch die Nadel geöffnet wird. Eine Einrichtung zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Elements einer derartigen Druckkammer ist beispielsweise aus der US-A-4644212 bekannt.

Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren gemäß dem Stand der Technik zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Elements kann, trotz kurzer Öffnungszustände, an der Nadel keine große Schließkraft erzeugt werden, wodurch ein sekundäres Öffnen während des Schließzustands, beispielsweise eine sekundäre Einspritzung, verursacht werden kann, was später detaillierter erläutert wird.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, selbst bei kurzen Öffnungszeiten, die Schließkraft der Nadel (des Ventilglieds) während der Schließzeit zu erhöhen.

Erfindungsgemäß wird in einer Einrichtung zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Elements zum Öffnen und Schließen eines Ventilglieds durch Vergrößern und Verkleinern des Volumens einer Druckkammer in einem Anfangsstadium eines Schließzustands eine höhere Spannung als eine herkömmliche Ladespannung oder eine niedrigere als eine herkömmliche Entladespannung an das piezoelektrische Element angelegt, derart, daß anfänglich eine große Schließkraft im Ventilglied geschaffen wird.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht in Längsrichtung eines Ausführungsbeispiels einer Treibstoffeinspritzeinrichtung, bei der als Stellglied ein piezoelektrisches Element verwendet wird;

Figs. 2A und 2B schematische Darstellungen der Funktion der Einrichtung gemäß Fig. 1;

Figs. 3A, 3B, 4A und 4B Steuersignalverläufe, die die Funktion der Einrichtung gemäß Fig. 1 veranschaulichen;

Fig. 5 ein Schaltbild, das schematisch die Grundkonfiguration der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Elements veranschaulicht;

Fig. 6A und 6B Steuersignalverläufe, die die Funktion der Schaltung gemäß Fig. 5 veranschaulichen;

Fig. 7 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Elements;

Figs. 8A bis 8D Steuersignalverläufe, die die Funktion der Schaltung gemäß Fig. 7 veranschaulichen;

Figs. 9A, 9B und 9C schematische Darstellungen der durch die Funktion der Schaltung gemäß Fig. 7 erhaltenen Zustände der Treibstoffeinspritzeinrichtung;

Fig. 10 ein Schaltbild einer Modifikation der Schaltung gemäß Fig. 7;

Fig. 11 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Elements; und

Fig. 12A bis 12D Steuersignalverläufe, die die Funktion der Schaltung gemäß Fig. 11 veranschaulichen.

Zunächst wird eine mit einer Einrichtung zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Elements betriebene erfindungsgemäße Treibstoffeinspritzeinrichtung unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Dabei kennzeichnet das Bezugszeichen 101 in Fig. 1 einen Düsenkörper mit einer Einspritzöffnung 102 an seinem punktförmigen Ende, in den eine Nadel (Ventilglied) 103 zum Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung 102 eingebracht ist. Der Düsenkörper 101 ist in einen Körper 104 eingepaßt, und über eine Treibstoffeinlaßöffnung 105, einen Treibstoffdurchlaß 107 mit einem Blindstopfen 106, einen Treibstoffdurchlaß 108, eine Treibstoffsammelkammer 109 und eine Druckspeicherkammer 110 wird Treibstoff zur Einspritzöffnung 102 geleitet. Ein konischer Druckaufnehmer 111 ist in der Nadel 103 ausgebildet, und wenn ein Treibstoffdruck auf den Druckaufnehmer 111 einwirkt, bewegt sich die Nadel 103 in die das Ventil öffnende Richtung. Die Treibstoffspeicherkammer 109 ist um den Druckaufnehmer 111 herum ausgebildet. Zwischen dem oberen Teil der Nadel 103 und der inneren Oberfläche des Düsenkörpers 101 ist ein kleiner lichter Abstand 112 ausgebildet, durch den von der Treibstoffspeicherkammer 109 einer oberhalb der Kammer 109 ausgebildeten Druckkammer 113 Treibstoff zugeführt wird. Die Druckkammer 113 befindet sich zwischen dem unteren Ende eines Kolbens 114 und dem oberen Ende des Körpers 104, und der Treibstoffdruck innerhalb der Druckkammer 113 dient als eine die Nadel 103 auf und ab bewegende Kraft. Der Kolben 114 ist innerhalb eines Gehäuses 115 gleitfähig angeordnet und wird von einer Tellerfeder 116 hochgedrückt. Innerhalb des Gehäuses 115 ist ein elektroexpansives Stellglied 118 mit einem ausdehnbaren/zusammenziehbaren laminierten piezoelektrischen Element 117 ausgebildet. Unterhalb der Druckkammer 111 ist ebenfalls ein Abstandsstück 119 vorhanden, das eine Öffnungsposition der Nadel 103 bestimmt und hält. Zu diesem Zweck ist im Abstandsstück 119 eine Öffnung vorhanden, die in senkrechter Richtung kleiner ist als die Stirnfläche des Druckaufnehmers 111.

Bei der Treibstoffeinspritzeinrichtung gemäß Fig. 1 wird durch die Treibstoffeinlaßöffnung 105 und die Treibstoffdurchlässe 107 und 108 der Treibstoffspeicherkammer 109 Treibstoff zugeführt, der weiter über den lichten Abstand 112 zur Druckkammer 113 und zur Druckspeicherkammer 110 auf der Seite der Einspritzöffnung 102 geführt wird.

Ein geschlossener und ein geöffneter Zustand der Treibstoffeinspritzeinrichtung gemäß Fig. 1 wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2A und 2B erläutert. Wenn das piezoelektrische Element 117 ausgedehnt wird, erhöht sich unmittelbar der Druck P&sub1; innerhalb der Druckkammer 113 und die Nadel 103 bewegt sich nach unten, wodurch der Druck P&sub1; innerhalb der Druckkammer 113 vermindert wird. Wie in Fig. 2A dargestellt, wird in einem geschlossenem Zustand, in dem die Nadel 103 die Einspritzöffnung 102 verschließt, die auf die Nadel 103 einwirkende, nach unten gerichtete Kraft durch

P&sub1; * A&sub1;

ausgedrückt , wobei A&sub1; die obere Fläche der Nadel 103 ist, und eine auf die Nadel 103 einwirkende, aufwärts gerichtete Kraft wird durch

P&sub2; * A&sub2;

ausgedrückt, wobei P&sub2; ein vorbestimmter Treibstoffdruck, beispielsweise 200 kg/cm², an der Treibstoffeinlaßöffnung 105 der (nicht gezeigten) Treibstoffzuführung ist, und A&sub2; eine effektive Längsfläche des Druckaufnehmers 111 ist. Da A&sub1; > A&sub2; ist gilt, selbst wenn P&sub1; = P&sub2; ist,

P&sub1; * A&sub1; > P&sub2; * A&sub2;,

wodurch ein geschlossener Zustand der Nadel 103 erhalten bleibt. Wenn das Piezoelektrische Element 117 zusammengezogen wird, verringert sich andererseits unmittelbar der Druck innerhalb der Druckkammer 113 und die Nadel 103 kann sich nach oben bewegen, und entsprechend vergrößert sich der Druck P&sub1; innerhalb der Druckkammer 113. Wie in Fig. 2B dargestellt, wird die auf die Nadel 103 einwirkende, nach unten gerichtete Kraft in einem geöffneten Zustand durch

P&sub2; * A&sub1;'

ausgedrückt, wobei A&sub1;' eine Fläche einer Öffnung des Abstandsstücks 119 ist, und eine auf die Nadel 103 einwirkende, aufwärts gerichtete Kraft wird durch

P&sub1; * A&sub2;'

ausgedrückt, wobei A&sub2;' eine niedrigere effektive Längsfläche der Nadel 103 einschließlich des Druckaufnehmers 111 ist, das heißt, die obere effektive Fläche A&sub1; der Nadel 103. Da A&sub1;' < A&sub2;' (=A&sub1;) gilt, selbst wenn P&sub1; = P&sub2; ist,

P&sub1; * A&sub1;' < P&sub2; * A&sub2;' ,

wodurch ein geöffneter Zustand der Nadel 103 erhalten bleibt.

Demzufolge wird beim Zusammenziehen des piezoelektrischen Elements 117 die Nadel 103 durch den auf den Druckaufnehmer 111 einwirkenden Treibstoffdruck aufwärts bewegt, wodurch die Nadel 103 eine Treibstoffeinspritzung durch die Einspritzöffnung 102 ermöglicht. Dagegen wird beim Ausdehnen des piezoelektrischen Elements 117 der Druck innerhalb der Druckkammer 113 erhöht und die Nadel 103 abwärts bewegt, so daß die Nadel 103 geschlossen ist, um die Einspritzung zu beenden.

Obwohl das Ausdehnen des piezoelektrischen Elements 117 zur Auf-/Abwärtsbwegung der Nadel 103 beiträgt, ist die die Nadel 103 schließende Kraft abhängig von der Größe der Undichtigkeit der Druckkammer 113, bedingt durch das Ausdehnen des piezoelektrischen Elements 117, und die die Nadel 103 öffnende Kraft ist abhängig von der Größe des Treibstoffzuflusses zur Druckkammer 113, bedingt durch das Zusammenziehen des piezoelektrischen Elements 117. Um dieses Abfließen und Zufließen des Treibstoffs auszuführen, müssen das Volumen V&sub1; der Druckkammer 113, einschließlich des Raums eines oberen Teils der Nadel 103 in Fig. 2A und das Volumen V&sub2; der Druckkammer 113 in Fig. 2B folgende Gleichung erfüllen:

V&sub1; < V&sub2; .

Zu diesem Zweck muß die durch das Ausdehnen/Zusammenziehen des piezoelektrischen Elements 117 bedingte Volumenänderung der Druckkammer 113 größer gemacht werden als die durch die Auf- /Abwärtsbewegung der Nadel 103 bedingte Volumenänderung.

Zur Ansteuerung der Treibstoffeinspritzeinrichtung gemäß Fig. 1 wird dem Stand der Technik gemäß eine in den Figs. 3A, 3B, 4A, 4B dargestellte Spannung VPZT an das piezoelektrische Element 117 angelegt. Dabei geht man davon aus, daß das piezoelektrische Element 117 durch Anlegen einer positiven Spannung ausgedehnt und durch Anlegen einer negativen Spannung zusammengezogen wird.

Der Punkt, an dem die Schließzeit und die Öffnungszeit beide ausreichend lang sind, ist in Fig. 3A und 3B dargestellt. Wird nämlich eine Spannung VPZT von +500 V an das piezoelektrische Element 117 angelegt, wird das piezoelektrische Element 117, wie in Fig. 3 A dargestellt, derart ausgedehnt, daß die Nadel 103 im geschlossenen Zustand ist. In diesem Fall fließt über den lichten Abstand 112 der Nadel 103 Treibstoff aus der Druckkammer 113, und zu einem Zeitpunkt t&sub1; wird schließlich der Druck P&sub1; der Druckkammer gleich dem Druck P&sub2; (200 kg/cm²) der Treibstoffspeicherkammer 109. Zu diesem Zeitpunkt ist das Volumen der Druckkammer 113 gleich V&sub1;, wie in Fig. 2A dargestellt. Zum Zeitpunkt t&sub1; wird dann, wenn die an das piezoelektrische Element 117 angelegte Spannung VPZT von +500 V auf -200 V übergeht, das piezoelektrische Element 117 derart zusammengezogen, daß der Druck P&sub1; innerhalb der Druckkammer 113 unmittelbar vermindert wird. Das hat zur Folge, daß P&sub1; < P&sub2; wird, und diese Differenz P&sub2; - P&sub1; trägt zu einer Antriebskraft der Nadel 103 bei. Deshalb bewegt sich die Nadel 103, wie in Fig. 2B dargestellt, aufwärts. Zu diesem Zeitpunkt nähert sich der Druck P&sub1; innerhalb der Druckkammer 113 unmittelbar dem Leitungsdruck P&sub2;. Da jedoch die obere Auslenkung der Nadel 103 durch das Abstandsstück 119 begrenzt ist, wird der Druck P&sub1; knapp unterhalb des Leitungsdrucks P&sub2; gehalten. Zu diesem Zeitpunkt ist das Volumen der Druckkammer 113 noch annähernd V&sub1;. Danach ist es dem Treibstoff möglich, über den lichten Abstand 112 zur Druckkammer 113 zu fließen, so daß sich P&sub1; allmählich dem Leitungsdruck P&sub2; nähert, und dich entsprechend das Volumen der Druckkammer 113 allmählich von V&sub1; zu V&sub2; ändert. Zum Zeitpunkt t&sub2; schließlich ist P&sub1; = P&sub2;, und das Volumen der Druckkammer 113 ist V&sub2;. Während nämlich der Druckkammer 113 Treibstoff zugeführt und ihr Volumen von V&sub1; nach V&sub2; geändert wird, ist der Druck P&sub1; innerhalb der Druckkammer 113 kleiner als der Leitungsdruck P&sub2;, wodurch eine große öffnende Kraft an der Nadel 103 entsteht.

Zum Zeitpunkt t&sub2; wird dann, wenn die an das Piezoelektrische Element angelegte Spannung VPZT von -200 V auf +500 V übergeht, das piezoelektrische Element derart ausgedehnt, daß der Druck P&sub1; der Druckkammer 113 unmittelbar ansteigt. Das hat zur Folge, daß P&sub1; > P&sub2; wird, und diese Differenz P&sub1; - P&sub2; zur Antriebskraft der Nadel 103 beiträgt. Deshalb bewegt sich die Nadel 103, wie in Fig. 2B dargestellt, abwärts. Zu diesem Zeitpunkt nähert sich der Druck P&sub1; innerhalb der Druckkammer 113 unmittelbar dem Leitungsdruck P&sub2;, jedoch ist die untere Position der Nadel 103 durch die Einspritzöffnung 102 begrenzt, so daß P&sub1; unmittelbar gehalten wird bevor der Leitungsdruck P&sub2; erreicht wird. Zu diesem Zeitpunkt ist das Volumen der Druckkammer 113 noch annähernd V&sub2;. Danach ist es dem Treibstoff möglich, über den lichten Abstand 112 von der Druckkammer 113 abzufließen, so daß sich P&sub1; allmählich dem Leitungsdruck P&sub2; nähert, und sich entsprechend das Volumen der Druckkammer 113 allmählich von V&sub2; zu V&sub1; ändert. Schließlich wird P&sub1; = P&sub2;, und das Volumen der Druckkammer ist V&sub1;. Während nämlich von der Druckkammer 113 Treibstoff abfließt und ihr Volumen von V&sub2; nach V&sub1; geändert wird, ist der Druck P&sub1; innerhalb der Druckkammer 113 größer als der Leitungsdruck P&sub2;, wodurch eine große schließende Kraft an der Nadel 103 entsteht.

Deshalb erhält man, wenn die Verschlußzeit und die Öffnungszeit beide ausreichend lang sind, der Treibstoffzufluß zur Druckkammer 113 und der Treibstoffabfluß von der Druckkammer 113 wie gefordert sind, eine große Nadelschließkraft und eine große Nadelöffnungskraft.

Bei einer Treibstoffeinspritzung ist dennoch die Öffnungszeit (Einspritzzeit) sehr viel kleiner als die Schließzeit, und in diesem Fall wird der Steuerzustand gemäß Fig. 4A und 4B erhalten. Während einer langen Schließzeit fließt nämlich der Treibstoff der Druckkammer 113 gänzlich über den lichten Abstand 112 der Nadel 103, und zu einem Zeitpunkt t&sub1; am Ende dieser Schließzeit ist P&sub1; = P&sub2;. Demgegenüber herrscht während einer kurzen Öffnungszeit an der Treibstoffeinlaßöffnung 105 immer ein vorbestimmter Leitungsdruck P&sub2;, und der Treibstoffzufluß zur Druckkammer 113 über den lichten Abstand 112 ist nicht ausreichend. Deshalb ist selbst zu einem Zeitpunkt t&sub2; am Ende einer Öffnungszeit der Druck P&sub1; (Kammer) < P&sub2;. Im Extremfall liegt das Volumen der Druckkammer 113 nahe bei V&sub1;. Deshalb wird zu einem Zeitpunkt t&sub2;, zu dem die angelegte Spannung VPZT von -200 V auf +500 V übergeht, eine Antriebskraft an der Nadel 103 erzeugt. Da aber das Volumen der Druckkammer 113 schon kurz nachdem die Nadel 103 sich nach unten bewegt hat nahezu V&sub1; ist, ist der Druck P&sub1; innerhalb der Druckkammer 113 schon kurz nach der Abwärtsbewegung der Nadel 103 nahezu gleich P&sub2;. Selbst wenn eine große Spannung an das piezoelektrische Element 117 angelegt wird, um die Nadel 103 zu schließen, ist die zufließende Treibstoffmenge während einer kurzen Öfnungszeit gering. Nachdem die Nadel 103 geschlossen ist, ist deshalb das Abfließen von Treibstoff nahezu Null, und somit wird der Druck P&sub1; innerhalb der Druckkammer 113 unmittelbar dem Leitungsdruck P&sub2; angeglichen.

Deshalb kann bei Verwendung eines piezoelektrischen Elements bei einer Treibstoffeinspritzeinrichtung mit kurzer Öffnungszeit keine große Nadelschließkraft erreicht werden, und entsprechend wird die Nadel 103 von einer, durch Flüssigkeitspulsieren erzeugten Druckwelle aufwärts bewegt, wodurch eine zweite Injektion möglich wird.

Gemäß Fig. 5, die eine Grundkonfiguration zur Ansteuerung des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Elements zeigt, empfängt eine Lade-Schalt-Einrichtung B ein Gleichspannungsausgangssignal einer Gleich-Hochspannungs-Erzeugungseinrichtung A zum Anlegen einer hohen Gleichspannung am piezoelektrischen Element 117, und eine Entlade-Schalt-Einrichtung C entlädt das piezoelektrische Element 117. Gemäß Fig. 5 enthält die Einrichtung eine eine Spannung allmählich vermindernde Einrichtung D (nachfolgend als Spannungsverminderungseinrichtung bezeichnet) oder eine eine Spannung allmählich erhöhende Einrichtung E (nachfoldend als Spannungserhöhungseinrichtung bezeichnet). Wenn das piezoelektrische Element 117 derart geladen wird, daß eine schließende Kraft an der Nadel 103 erzeugt wird, wird die Spannungsverminderungseinrichtung D verwendet. In diesem Fall lädt die Entlade-Schalt-Einrichtung C das piezoelektrische Element 117 durch eine Hochspannung der Hochspannungs-Erzeugungseinrichtung A, um eine vorbestimmte Spannung, beispielsweise 600 V, an das Piezoelektrische Element 117 anzulegen. Die Spannungsverminderungseinrichtung D legt die Anfangsspannung von 600 V an das piezoelektrische Element 117 an und vermindert diese Spannung danach allmählich bis zu einer vorbestimmten Spannung, beispielsweise 500 V.

Die Entlade-Schalt-Einrichtung C entlädt Ladungen des piezoelektrischen Elements 117.

Wenn das piezoelektrische Element 117 sodann derart entladen wird, daß eine schließende Kraft an der Nadel 103 erzeugt wird, wird die Spannungserhöhungseinrichtung E verwendet. Das heißt, die Entlade-Schalt-Einrichtung C entlädt Ladungen des piezoelektrischen Elements derart, daß eine Spannung des piezoelektrischen Elements 117 mit einem ersten vorbestimmten Wert, beispielsweise -300 V, erzeugt wird. Die Spannungserhöhungseinrichtung E legt die Anfangsspannung von -300 V an das piezoelektrische Element 117 an und vergrößert danach allmählich diese Spannung von -300 V bis zu einer vorbestimmten Spannung, beispielsweise -200 V.

Die Funktion der mit der Spannungsverminderungseinrichtung D ausgestatteten Einrichtung gemäß Fig. 5 ist in Fig. 6A dargestellt, während die Funktion der mit der Spannungserhöhungseinrichtung E ausgestatteten Einrichtung gemäß Fig. 5 in Fig. 6B dargestellt ist.

In beiden Fällen ist die Öffnungszeit sehr kurz.

Wie in Fig. 6A dargestellt, wird angenommen, daß das piezoelektrische Element 117 eine 500 V entsprechende Ausdehnung hat, und daß das Volumen der Druckkammer 113, wie in Fig. 2A dargestellt, V&sub1; ist. Die Ventilöffnungszeit ist kurz und somit der Einlaß von Treibstoff annähernd Null. Am Ende der Öffnungszeit ist, selbst wenn 500 V an das piezoelektrische Element 117 angelegt sind, das Volumen der Druckkammer 13 annähernd V&sub1; und der Druck P&sub1; (Kammer) annähernd gleich dem Leitungsdruck P&sub2;, jedoch wird, wie in Fig. 6A dargestellt, in einem Anfangsstadium der Schließzeit eine höhere Lade-Spannung von +600 V an das Piezoelektrische Element 117 angelegt, derart, daß der Betrag der Ausdehnung des piezoelektrischen Elements 117 in der Schließrichtung der Nadel 103 größer ist als der Betrag der Kontraktion des piezoelektrischen Elements 117 in der Öffnungsrichtung der Nadel 103. Dadurch wird an der Nadel 103 eine größere Schließkraft erzeugt. Gleichzeitig mit dem Schließen der Nadel 103 findet ein sekundäres Öffnen statt, und eine derartige größere Schließkraft wird nach dem Schließen der Nadel 103 unnötig. Deshalb wird die angelegte Spannung VPZT allmählich von +600 V auf +500 V geändert. Während einer relativ langen Schließzeit bleibt die Nadel 103, selbst wenn P&sub1; = P&sub2; ist, aufgrund ihrer Konstruktion im geschlossenen Zustand.

Entsprechend wird, wie in Fig. 6B dargestellt, in einem Anfangsstadium der Schließzeit eine größere Entladespannung von -300 V an das piezoelektrische Element 117 derart angelegt, daß der Betrag der Ausdehnung des piezoelektrischen Elements 117 in der Schließrichtung der Nadel 103 größer ist als der Betrag der Kontraktion des piezoelektrisches Elements 117 in der Öffnungsrichtung der Nadel 103. Dadurch wird an der Nadel 103 eine größere Schließkraft erzeugt.

Im Anfangsstadium der Schließzeit tritt, selbst wenn eine größere Spannung (+600 V) oder eine kleinere Spannung (-300 V) an das piezoelektrische Element 117 angelegt ist, eine geringe Treibstoffundichtigkeit der Druckkammer 113 auf. Wenn die vorstehend erwähnte Spannng unmittelbar von +600 V oder -300 V auf +500 V oder -200 V geändert wird, wird der Druck P&sub1; der Druckkammer 113 kleiner als der Leitungsdruck P&sub2;, und es wird schwierig, einen geschlossenen Zustand per se aufrechtzuerhalten. Zu diesem Zweck wird eine allmähliche Spannungsänderung von der Spannungsverminderungseinrichtung D oder der Spannungserhöhungseinrichtung E ausgeführt. Gemäß Fig. 7, die ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Elements darstellt, ist angenommen, daß das piezoelektrische Element 117 beim Laden ausgedehnt wird um eine Schließfunktion auszuführen. Bezugszeichen 1 kennzeichnet eine 12 V Batterie, die über einen Zündschalter 2 zur Spannungsversorgung einer Gleich-Hochspannungs-Erzeugungsschaltung 3 dient. Diese Gleich-Hochspannungs-Erzeugungsschaltung 3 wandelt die Batteriespannung von 12 V in eine Spannung von ungefähr 300 V um und legt diese an einen Kondensator 4 an.

Die Gleich-Hochspannungs-Erzeugungsschaltung 3 besteht aus einer Hochfrequenz-Schwingschaltung 31, einem Aufwärts- Transformator 32 als eine Aufwärtswandlerschaltung, einem Transistor 33 zum EIN- und AUS-Schalten der Primärspule des Aufwärts-Transformators 32, und einer Diode 34 zum Zuführen einer in der Sekundärspule des Aufwärts-Transformators 32 erzeugten positiven Spannung zu einem Kondensator 4.

Weiterhin sind ein Thyristor 51 und eine Spule 52 als Lade- Schaltkreis 5, und ein Thyristor 61 und eine Spule 62 als Entlade-Schaltkreis 6 vorgesehen. Der Thyristor 51 wird durch ein schließendes Zündsignal (Impuls) S&sub1; durchgeschaltet, während der Thyristor 61 durch ein öffnendes Zündsignal (Impuls) S&sub2; durchgeschaltet wird.

Die Spule 52 dient zur Bildung eines LC-Schwingkreises. Wenn der Thyristor 51 durchgeschaltet ist, besteht somit ein durch den Kondensator 4, die Spule 52 und das piezoelektrische Element 117 gebildeter LC-Schwingkreis, wodurch die Spannungsverminderung am Kondensator 4 und die Spannungserhöhung am piezoelektrischen Element 117 gesteigert wird. Danach ist der Thyristor 51 aufgrund der natürlichen Kommutierung gesperrt. Dies hat zur Folge, daß die Ladespannung des piezoelektrischen Elements 117 höher als die Spannung von 300 V am Kondensator 4, beispielsweise 600 V, ist.

Die Spule 62 dient ebenfalls zur Bildung eines LC- Schwingkreises. Wenn der Thyristor 61 durchgeschaltet ist, besteht somit ein durch die Spule 62 und das piezoelektrische Element 117 gebildeter LC-Schwingkreis, wodurch die Spannungsverminderung am piezoelektrischen Element 117 gesteigert wird. Danach ist der Thyristor 61 aufgrund der natürlichen Kommutierung gesperrt. Dies hat zur Folge, daß die Entlade- Spannung des piezoelektrischen Elements 117 niedriger als die dem Erdpotential entsprechende Spannung (0 V), beispielsweise -200 V, ist.

Bezugszeichen 7 kennzeichnet eine eine Spannung allmählich vermindernde Schaltung (nachfolgend als Spannungsverminderungsschaltung bezeichnet), die eine Zener-Diode 71, eine Rückstrom- Sperrdiode 72 und einen Widerstand 73 zur Verzögerung des durch die Zener-Diode 71 fließenden Stroms enthält.

Die Funktion der Schaltung gemäß Fig. 7 wird unter Bezugnahme auf die Fig. 8A bis 8D und die Fig. 9A, 9B und 9C nachstehend näher beschrieben.

In der Gleich-Hochspannungs-Erzeugungsschaltung 3 wird der Transistor 33 durch das Pulssignal der Hochfrequenz- Schwingschaltung 31 durchgeschaltet und gesperrt. Bei durchgeschaltetem Transistor 33 fließt ein Primärstrom durch die Primärspule des Aufwärts-Transformators 32, so daß die Energie des magnetischen Flusses im Transformatorkern gespeichert wird. Wenn dann der Transistor 33 vom durchgeschalteten in einen Sperrzustand übergeht, wird aufgrund dieser Energie des magnetischen Flusses gemäß dem Faraday'schen Gesetz eine Spannung von beispielsweise 300 V in der Sekundärspule des Aufwärts-Transformators 32 erzeugt. Wenn die Pulsdauer des Pulssignals der Hochfrequenz-Schwingschaltung 31 definiert ist, ist auch die erzeugte Spannung definiert. Diese erzeugte Spannung wird über die Diode 34 im Kondensator 4 akkumuliert, so daß nach einer gewissen Zeit die Spannung im Kondensator 4 gleich der erzeugten Spannung von 300 V in der Sekundärspule des Aufwärts-Transformators 32 wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die im Kondensator 4 (Kapazität C) akkumulierte Ladungsmenge Q = C * 300 V.

Zu diesem Zeitpunkt, oder zu einem folgenden vorbestimmten Zeitpunkt, erzeugt die (nicht gezeigte) zentrale Verarbeitungseinheit (nachfolgend als CPU bezeichnet) ein schließendes Signal S&sub1; und der Thyristor 51 wird durchgeschaltet, so daß durch den Kondensator 4, die Spule 52 und das piezoelektrische Element 117 ein LC-Schwingkreis gebildet wird. Auf diese Weise werden die im Kondensator 4 akkumulierten Ladungen zum piezoelektrischen Element 117 zu dessen Aufladung bewegt. Hierbei wird wegen der Anwesenheit des vorstehend erwähnten LC- Schwingkreises die Klemmenspannung VPZT des piezoelektrischen Elements 117 höher als die letzte Spannung am Kondensator 4, wie in Fig. 8 C dargestellt, und wird beispielsweise 600 V, woraufhin der Thyristor 51 durch die natürliche Kommutierung gesperrt wird.

Wenn die Klemmenspannung VPZT des piezoelektrischen Elements 117 600 V beträgt, so daß Treibstoff komplett durchgelassen wird, ist der Zustand der Treibstoffeinspritzeinrichtung gemäß Fig. 1 in Fig. 9A dargestellt, und das Volumen V&sub0; der Druckkammer 113 ist kleiner als das Volumen V&sub1; gemäß Fig. 2A. Wird nämlich während einer Öffnungszeit kein Treibstoff durchgelassen, ist das Volumen V&sub1; der Druckkammer 113 in einem geschlossenen Zustand gemäß Fig. 9B ungefähr gleich dem Volümen V&sub2; der Druckkammer 113 in einem offenen Zustand gemäß Fig. 9C, das heißt,

V&sub1; V&sub2;

Deshalb ist in einem Anfangsstadium des Schließens das Volumen der Druckkammer ungefähr gleich dem Volumen V&sub1; im Endstadium des Schließens, aber das Volumen V wird gleich dem Volumen V&sub1;, so daß eine große Schließkraft erzeugt wird. Das heißt, die Differenz zwischen der angelegten Spannung +500 V im Endstadium eines Schließzustands und der angelegten Spannung +600 V im Anfangsstadium eines Schließzustands erzeugt eine große Schließkraft an der Nadel 103.

Wie vorstehend erläutert, werden die im piezoelektrischen Element 117 akkumulierten Ladungen allmählich von der Spannungsverminderungsschaltung 7 entladen. Die Klemmenspannung VPZT des piezoelektrischen Elements 117 wird nämlich in Abhängigkeit von einer von der Schaltung 7 und dem piezoelektrischen Element 117 bestimmten Zeitkonstanten allmählich von +600 V auf +500 V reduziert und bleibt danach stabil. Wenn die Klemmenspannung VPZT 500 V ist, gilt deshalb P&sub1; = P&sub2;. Da das Volumen V der Druckkammer 113 nahezu V&sub1; ist, kann durch ein nachfolgendes Anlegen von +600 V wieder eine große Schließkraft erzeugt werden.

Wenn die Klemmenspannung VPZT des piezoelektrischen Elements 117 500 V wird, erreicht die Treibstoffeinspritzeinrichtung gemäß Fig. 1 einen in Fig. 9B (Fig. 2A) dargestellten Zustand, das heißt, P&sub1; = P&sub2;, aber die Schließkraft der Nadel 103 bleibt, wie vorstehend erläutert, erhalten.

Wenn nach einer vorbestimmten Zeit im vorstehend erwähnten Zustand die CPU ein öffnendes Zündsignal S&sub2; erzeugt, wird der Thyristor 61 durchgeschaltet, so daß ein LC-Schwingkreis aus dem piezoelektrischen Element 117 und der Spule 62 entsteht und somit im piezoelektrischen Element 117 akkumulierte Ladungen entladen werden. In diesem Fall wird die Klemmenspannung VPZT des piezoelektrischen Elements 117 wegen des vorstehend erwähnten LC-Schwinkreises niedriger als 0 V, beispielsweise -200 V, woraufhin der Thyristor durch die natürliche Kommutierung gesperrt wird.

Als Ergebnis wird die Einspritzeinrichtung gemäß Fig. 1 in einen in Fig. 9C dargestellten Zustand (der derselbe wie in Fig. 2B ist) versetzt.

Verglichen mit einem offenen Zustand ist die Verschiebung des piezoelektrischen Elements 117 im Endstadium eines Schließzustands L, während im Anfangsstadium eines Schließzustands diese Verschiebung zu L + Δ L wird, was die Schließkraft an der Nadel 103 erhöht.

Da das Volumen der Druckkammer 113 im Anfangsstadium eines Ladezustands vergrößert wird, wird somit durch die Schaltung gemäß Fig. 7 die Schließkraft an der Nadel 103 erhöht. Es ist zu beachten, daß nur die Spannungsverminderungsschaltung 7 hinzugefügt wird, und die Signale S&sub1; und S&sub2; zum Steuern der Schaltung gemäß Fig. 7 in der selben Art und Weise erzeugt werden, wie in der dem Stand der Technik entsprechenden Steuereinrichtung, die nicht in der Schaltung 7 enthalten ist.

Figur 10 stellt eine Modifikation von Fig. 7 dar, in der die Spannungsverminderungsschaltung 7 modifiziert ist. Das heißt, daß in Fig. 10 eine Spannungsverminderungsschaltung 7' zwischen eine Klemme positiven Potentials des Kondensators 4 und eine Klemme positiven Potentials des piezoelektrischen Elements 117 geschaltet ist, so daß die Entladungsenergie der Klemmenspannung VPZT des piezoelektrischen Elements 117 von +600 V auf +500 V am Kondensator 4 als einer Hochleistungs-Gleichspannungsversorgungsquelle zurückgewonnen wird. Verglichen mit der Schaltung gemäß Fig. 7 ist dies im Hinblick auf den Stromverbrauch vorteilhaft.

Gemäß Fig. 11, die ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Elements darstellt, wird angenommen, daß ein Entladen des piezoelektrischen Elements 117 das Element 117 ausdehnt, um, wie in der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung No. 63-24362 beschrieben, eine Ventilschließ-Funktion auszuführen. Anstatt einer Spannungsverminderungsschaltung 7 gemäß Fig. 7 ist hier nämlich eine Spannungserhöhungsschaltung 8 vorgesehen, die eine Zener-Diode 81, eine Rückstrom-Sperrdiode 82 und einen Widerstand 83 zum Verzögern des durch die Zener-Diode 81 fließenden Stroms aufweist, wobei der schließende Impuls S&sub1; dem Thyristor 61 und der öffnende Impuls S&sub2; dem Thyristor 51 zugeführt werden.

Wenn der Thyristor 51 der Ladeschaltung gemäß Fig. 11 durchgeschaltet wird, bilden der Kondensator 4, das piezoelektrische Element 117 und die Spule 52 einen LC-Schwingkreis, wodurch die Spannung VPZT des piezoelektrischen Elements auf +500 V erhöht wird. Wird dagegen der Thyristor 61 durchgeschaltet, bilden das piezoelektrische Element 117 und die Spule 62 einen LC- Schwingkreis, wodurch die Spannung VPZT des piezoelektrischen Elements auf -300 V vermindert wird. Hierbei ist die Zener- Spannung der Zener-Diode 81 der spannungsändernden Schaltung 8 200 V.

Die Funktion der Schaltung gemäß Fig. 11 wird unter Bezugnahme auf die Fig. 12A bis 12D nachstehend näher beschrieben.

Beträgt die Klemmenspannung des piezoelektrischen Elements 117 500 V wenn die CPU ein schließendes Zündsignal S&sub1; erzeugt, wird der Thyristor 61 durchgeschaltet und aus dem piezoelektrischen Element 117 und der Spule 62 ein LC-Schwingkreis gebildet, wodurch die im piezoelektrischen Element 117 akkumulierten Ladungen entladen werden. Wie in Fig. 12C dargestellt, wird in diesem Fall, aufgrund des Vorhandenseins des vorstehend erwähnten LC-Schwingkreises, die Klemmenspannung VPZT des piezoelektrischen Elements 117 kleiner als 0 V, beispielsweise -300 V, woraufhin der Thyristor 61 aufgrund der natürlichen Kommutierung gesperrt wird. Wenn die Klemmenspannung VPZT des piezoelektrischen Elements 117 -300 V beträgt, so daß Treibstoff vollständig durchgelassen wird, wie dies in Fig. 9A dargestellt ist, ist das Volumen V&sub0; der Druckkammer 113 ist kleiner als das Volumen V&sub1; gemäß Fig. 2A. Wird nämlich während einer Öffnungszeit kein Treibstoff durchgelassen, ist das Volumen V&sub1; der Druckkammer 113 im geschlossenen Zustand gemäß Fig. 9B ungefähr gleich dem Volumen V&sub2; der Druckkammer 113 im offenen Zustand gemäß Fig. 9C, das heißt,

V&sub1; V&sub2;.

Deshalb ist im Anfangstadium des Schließens das Volumen der Druckkammer 113 ungefähr gleich dem Volumen V&sub1; im Endstadium des Schließens, aber das Volumen V wird gleich dem Volumen V&sub1; (Fig. 9A) werden, so daß eine große Schließkraft an der Nadel 103 erzeugt wird. Das heißt, die Differenz zwischen der angelegten Spannung -200 V im Endstadium des Schließzustands und der angelegten Spannung -300 V im Anfangstadium des Schließens erzeugt eine große Schließkraft an der Nadel 103.

Wie vorstehend beschrieben, werden die im piezoelektrischen Element 117 akkumulierten Ladungen allmählich von der Spannungserhöhungsschaltung 8 entladen. Die Klemmenspannung VPZT des piezoelektrischen Elements 117 wird nämlich in Abhängigkeit von einer von der Schaltung 8 und dem piezoelektrischen Element 117 bestimmten Zeitkonstanten allmählich von -300 V auf -200 V erhöht und bleibt danach stabil. Wenn die Klemmenspannung VPZT -200 V ist gilt deshalb P&sub1; = P&sub2;. Da das Volumen V der Druckkammer 113 nahezu V&sub1; ist, kann durch ein nachfolgendes Anlegen von -300 V wieder eine große Schließkraft erzeugen.

Wenn die Klemmenspannung VPZT des piezoelektrischen Elements 117 -200 V wird, erreicht die Treibstoffeinspritzeinrichtung gemäß Fig. 1 einen in Fig. 9B dargestellten Zustand, das heißt, P&sub1; = P&sub2;, aber die Schließkraft der Nadel 103 bleibt, wie vorstehend erläutert, erhalten.

Wenn nach einer vorbestimmten Zeit im vorstehend beschriebenen Zustand die CPU ein öffnendes Signal S&sub2; erzeugt, wird der Thyristor 51 durchgeschaltet, so daß ein LC-Schwingkreis aus dem Kondensator 4, der Spule 52 und dem piezoelektrischen Element 117 entsteht und somit das piezoelektrische Element 117 geladen wird. In diesem Fall wird die Klemmenspannung VPZT des piezoelektrischen Elements 117 wegen dieses LC-Schwingkreises höher als 300 V, wie in Fig. 12D dargestellt, beispielsweise 300 V, woraufhin der Thyristor 51 durch die natürliche Kommutierung gesperrt wird.

Als Ergebnis wird die Einspritzeinrichtung gemäß Fig. 1 in den in Fig. 9C dargestellten Zustand (der derselbe wie in Fig. 2B ist) versetzt.

Daher ist, in gleicher Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel, die Verschiebung des piezoelektrischen Elements 117 im Endstadium eines schließenden Zustands L (verglichen mit einem offenen Zustand), während im Anfangsstadium eines schließenden Zustands diese Verschiebung L + ΔL beträgt, was die Schließkraft an der Nadel 103 erhöht. Es ist zu beachten, daß nur die Spannungserhöhungsschaltung 8 hinzugefügt wird, und die Signale S&sub1; und S&sub2; zum Steuern der Schaltung gemäß Fig. 11 in derselben Art und Weise erzeugt werden, wie in der dem Stand der Technik entsprechenden Steuereinrichtung, die nicht in der Schaltung 8 enthalten ist.

Wie vorstehend beschrieben, kann erfindungsgemäß die Schließkraft an der Nadel (Ventilglied) in einem Anfangsstadium eines schließenden Zustands erhöht werden, wodurch das durch eine Druckwelle aufgrund eines Flüssigkeitspulsierens oder dergleichen bedingte Ansteigen des Ventilglieds, und damit ein sekundäres Einspritzen verhindert wird, wenn die vorliegende Erfindung bei einer Treibstoffeinspritzeinrichtung verwendet wird.


Anspruch[de]

1. Einrichtung zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Elements (117) zum Vergrößern und Verkleinern des Volumens einer über einen lichten Abstand (112) eines Ventilglieds (103) mit einem gesteuerten Flüssigkeitsdurchlaß (109) verbundenen Druckkammer (113) zum Öffnen und Schließen des Ventilglieds, mit:

einer Gleich-Hochspannungs-Erzeugungseinrichtung (1, 2, 3, 4);

einer mit der Gleich-Hochspannungs-Erzeugungseinrichtung und dem piezoelektrischen Element verbundenen Lade-Schalt- Einrichtung (5) zum Laden des piezoelektrischen Elements durch eine Hochspannung der Hochspannungs-Erzeugungs-Einrichtung, und Anlegen einer ersten vorbestimmten Spannung an das piezoelektrische Element zum Schließen des Ventilglieds;

einer mit dem piezoelektrischen Element verbundenen, eine Spannung allmählich vermindernden Einrichtung (7, 7') zur allmählichen Verringerung der Spannung des piezoelektrischen Elements von der ersten vorbestimmten Spannung auf eine zweite vorbestimmte Spannung, die niedriger als die erste Spannung ist; und

einer mit dem piezoelektrischen Element verbundenen Entlade- Schalt-Einrichtung (6), zur Entladung der im piezoelektrischen Element akkumulierten Ladungen zum Öffnen des Ventilglieds.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die spannungsverringernde Funktion der eine Spannung allmählich vermindernden Einrichtung während eines Anfangsstadiums eines Schließzustands des Ventilglieds ausgeführt und vor einem Öffnungszustand abgeschlossen wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die eine Spannung allmählich vermindernde Einrichtung umfaßt:

eine Konstantspannungseinrichtung (71, 71'), die EIN geschaltet wird, wenn die Spannung des piezoelektrischen Elements höher ist als die zweite vorbestimmte Spannung; und

eine mit der Konstantspannungseinrichtung verbundene Verzögerungseinrichtung (73, 73') zum Verzögern des durch die Konstantspannungseinrichtung fließenden Stroms.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die eine Spannung allmählich vermindernde Einrichtung mit der Gleich-Hochspannungs-Erzeugungseinrichtung verbunden ist, wodurch die im piezoelektrischen Element akkumulierten Ladungen in der Gleich- Hochspannungs-Erzeugungseinrichtung zurückgewonnen werden.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, bei der die Konstantspannungseinrichtung eine Zener-Diode aufweist.

6. Einrichtung nach Anspruch 3, bei der die Verzögerungseinrichtung einen Widerstand aufweist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Gleich-Hochspannungs-Erzeugungseinrichtung umfaßt:

eine Batterie (1);

einen an die Batterie angeschlossenen Gleichspannungswandler (3) zum Erzeugen einer Ausgangs-Gleichspannung, und

einen an den Gleichspannungswandler angeschlossenen Kondensator (4) zum Akkumulieren dieser Ausgangs-Gleichspannung.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, bei der die Lade-Schalt- Einrichtung umfaßt:

eine zwischen den Kondensator und das piezoelektrische Element geschaltete Serienschaltung eines Lade-Thyristors (51) und einer Spule (52),

einen durch den Kondensator, die Spule und das piezoelektrische Element gebildeten LC-Schwingkreis zum Laden des piezoelektrischen Elements und Erzeugen der ersten vorbestimmten Spannung, wenn der Lade-Thyristor durch ein schließendes Signal (S&sub1;) durchgeschaltet wird.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Entlade-Schalt- Einrichtung umfaßt:

eine dem piezoelektrischen Element parallel geschaltete Serienschaltung eines Entlade-Thyristors (61) und einer Spule (62),

einen durch die Spule und das piezoelektrische Element gebildeten LC-Schwingkreis, zum Entladen der im piezoelektrischen Element akkumulierten Ladungen, wenn der Entlade- Thyristor durch ein öffnendes Signal (S&sub2;) durchgeschaltet wird.

10. Einrichtung zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Elements (117) zum Vergrößern und Verkleinern des Volumens einer über einen lichten Abstand (112) eines Ventilglieds (103) mit einem gesteuerten Flüssigkeitsdurchlaß (109) verbundenen Druckkammer (113) zum Öffnen und Schließen des Ventilglieds, mit:

einer Gleich-Hochspannungs-Erzeugungseinrichtung (1, 2, 3, 4);

einer mit der Gleich-Hochspannungs-Erzeugungseinrichtung und dem piezoelektrischen Element verbundenen Lade-Schalt- Einrichtung (5), zum Laden des piezoelektrischen Elements durch eine Hochspannung der Hochspannungs-Erzeugungs-Einrichtung und Öffnen des Ventilglieds;

einer mit dem piezoelektrischen Element verbundenen Entlade- Schalt-Einrichtung (6), zur Entladung von im piezoelektrischen Element akkumulierten Ladungen und Anlegen einer ersten vorbestimmten Spannung an das piezoelektrische Element zum Schließen des Ventilglieds; und

einer mit dem piezoelektrischen Element verbundenen, eine Spannung allmählich erhöhenden Einrichtung (8) zum allmählichen Erhöhen der Spannung des piezoelektrischen Elements von der ersten vorbestimmten Spannung auf eine zweite vorbestimmte Spannung, die höher als die erste Spannung ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, bei der die spannungserhöhende Funktion der eine Spannung allmählich erhöhenden Einrichtung während eines Anfangsstadiums eines Schließzustands des Ventilglieds ausgeführt wird, und vor dem Öffnungszustand abgeschlossen wird.

12. Einrichtung nach Anspruch 10, bei der die eine Spannung allmählich erhöhende Einrichtung umfaßt:

eine Konstantspannungseinrichtung (81), die EIN geschaltet wird, wenn die Spannung des piezoelektrischen Elements niedriger ist als die zweite vorbestimmte Spannung; und

eine mit der Konstantspannungseinrichtung verbundene Verzögerungseinrichtung (83) zum Verzögern des durch die Konstantspannungseinrichtung fließenden Stroms.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, bei der die Konstantspannungseinrichtung eine Zener-Diode aufweist.

14. Einrichtung nach Anspruch 12, bei der die Verzögerungseinrichtung einen Widerstand aufweist.

15. Einrichtung nach Anspruch 12, bei der die Gleich-Hochspannungs-Erzeugungseinrichtung umfaßt:

eine Batterie (1);

einen an die Batterie angeschlossenen Gleichspannungswandler (3) zum Erzeugen einer Ausgangs-Gleichspannung, und

einen an den Gleichspannungswandler angeschlossenen Kondensator (4) zum Akkumulieren dieser Ausgangs-Gleichspannung.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, bei der die Lade-Schalt- Einrichtung umfaßt:

eine zwischen den Kondensator und das piezoelektrische Element geschaltete Serienschaltung eines Lade-Thyristors (51) und einer Spule (52),

einen durch den Kondensator, die Spule und das piezoelektrische Element gebildeten LC-Schwingkreis zum Laden des piezoelektrischen Elements, wenn der Lade-Thyristor durch ein öffnendes Signal (S&sub2;) durchgeschaltet wird.

17. Einrichtung nach Anspruch 10, bei der die Entlade-Schalt- Einrichtung umfaßt:

eine dem piezoelektrischen Element parallel geschaltete Serienschaltung eines Entlade-Thyristors (61) und einer Spule (62),

einen durch die Spule und das piezoelektrische Element gebildeten LC-Schwingkreis, zum Entladen des piezoelektrischen Elements und Anlegen der ersten vorbestimmten Spannung an das piezoelektrische Element, wenn der Entlade-Thyristor durch ein schließendes Signal (S&sub1;) durchgeschaltet wird.







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