Ein piezoelektrisches Stellglied besteht aus einer Vielzahl piezokeramischer Schichten, die stapelförmig übereinander an- geordnet sind und einen sogenannten"Stack"bilden, der bei Anlegen einer elektrischen Spannung seine Abmessungen, insbe- sondere seine Länge, ändert oder bei mechanischem Druck oder Zug eine elektrische Spannung erzeugt.

Beim Einsatz eines derartigen piezoelektrischen Stellglieds in einer Einspritzanlage wird das Stellglied mit einer elek- trischen Spannung beaufschlagt und dabei elektrisch aufgela- den, um Kraftstoff einzuspritzen, wohingegen im ungeladenen Zustand des Stellglieds kein Kraftstoff eingespritzt wird. Es ist deshalb erforderlich, die Stellglieder nach einem Ein- spritzvorgang wieder in den sicheren Zustand zurückzuverset- zen, in dem die Stellglieder ungeladen sind und dementspre- chend keine Kraftstoffeinspritzung erfolgt. Bei der vorveröf- fentlichten deutschen Patentanmeldung 196 52 801.1 wird hier- zu ein Entladeschalter verwendet, der parallel zu den Stell- gliedern geschaltet wird und diese zur Entladung kurz- schließt, wodurch die elektrische Ladung der Stellglieder schnell abgebaut wird. Nachteilig hierbei ist jedoch, daß der Entladeschalter zur Entladung der Stellglieder aktiv ange- steuert werden muß, so daß die Entladung der Stellglieder beim Ausfall der Stromversorgung der Steuerschaltung oder bei einem Versagen der Steuerschaltung nicht funktioniert.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Entlade- schaltung für ein kapazitives Stellglied zu schaffen, die

auch bei einem Stromausfall der Steuerschaltung und bei einem Versagen der Steuerschaltung eine sichere Entladung der Stellglieder nach einem Stellvorgang ermöglichen.

Die Aufgabe wird, ausgehend von der vorstehend beschriebenen, bekannten Entladeschaltung gemäß dem Oberbegriff des An- spruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung schließt die allgemeine technische Lehre ein, in der Entladeschaltung nicht nur eine herkömmliche gesteuer- te Entladung, sondern auch eine automatische Entladung vorzu- sehen, die selbständig einsetzt, wenn die Steuerung der her- kömmlichen Entladung aussetzt, was beispielsweise aufgrund eines Stromausfalls oder einer Fehlfunktion der Fall sein kann.

Die erfindungsgemäße Entladeschaltung weist deshalb vorzugs- weise einen Entladeschalter und einen Kurzschlußschalter auf, wobei der Entladeschalter nur einsetzt, wenn der Kurzschluß- schalter beispielsweise aufgrund eines Stromausfalls aus- fällt. In diesem Fall wird der Entladeschalter durch die auf dem Stellglied befindliche Ladung automatisch aktiviert und entlädt dann das Stellglied bis auf eine Rest-Ladespannung, bei welcher der Entladeschalter wieder automatisch sperrt und den Entladevorgang damit beendet.

Die Entladeschalter sind vorzugsweise als MOSFET-Schalter ausgebildet, jedoch sind auch andere Arten von steuerbaren Schaltelementen verwendbar, bei denen der elektrische Wider- stand durch einen Steuereingang beeinflußt werden kann.

Der Steuereingang des Entladeschalters ist vorzugsweise mit dem zu entladenden Stellglied verbunden, so daß die über dem Stellglied abfallende Spannung den Entladeschalter steuert.

Falls die in dem Stellglied gespeicherte Ladung hinreichend groß ist, wird der Entladeschalter automatisch leitend ge-

steuert, wodurch das Stellglied kurzgeschlossen wird. Die auf' dem Stellglied gespeicherte Ladung fließt dann ab, bis die über dem Stellglied abfallende Spannung nicht mehr ausreicht, um den Entladeschalter leitend zu steuern, wodurch der Entla- devorgang beendet wird.

Der Steuereingang des Entladeschalters wird jedoch vorzugs- weise nicht allein durch die elektrische Ladung des Stell- glieds gesteuert, sondern kann auch von der Steuerschaltung fest auf Masse gelegt werden, um den Entladeschalter unabhän- gig von der Ladung des Stellglieds zu sperren und damit eine automatische Entladung des Stellglieds zu verhindern, was im normalen Betrieb des Stellglieds wichtig ist.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist der Steuer- eingang des Entladeschalters über einen Spannungsteiler mit dem Stellglied verbunden, so daß nicht die volle Spannung des Stellglieds an dem Steuereingang des Entladeschalters an- liegt, sondern nur ein Bruchteil dieser Spannung entsprechend der Dimensionierung des Spannungsteilers. Besteht der Span- nungsteiler beispielsweise aus einem Widerstand Rl=lOOkQ und einem Widerstand R2=50kQ, so beträgt die Steuerspannung nur 1/3 der Ladespannung des Stellglieds. Eine derartige Anord- nung mit einem Spannungsteiler zur Ansteuerung des Entlade- schalters ist besonders vorteilhaft, wenn der Kurzschluß- schalter das Stellglied über eine Batterie kurzschließt, da dann die Batteriespannung an dem Stellglied und damit auch an dem Steuereingang des Entladeschalters anliegt. Der Entlade- schalter wird dann von der an seinem Steuereingang anliegen- den Batteriespannung leitend gesteuert, so daß ein großer Strom über den Entladeschalter fließt, was zu einer Zerstö- rung des Entladeschalters führen kann. Der Spannungsteiler wird deshalb vorzugsweise so dimensioniert, daß die Rest- Entladespannung über der Batteriespannung liegt, so daß die Batteriespannung nicht ausreicht, um den Entladeschalter lei- tend zu steuern.

In einer anderen Variante der Erfindung ist der Steuereingang des Entladeschalters über eine Zenerdiode mit dem Stellglied verbunden, so daß die Entladung erst einsetzt, wenn die Stellgliedspannung größer ist als die Summe aus der Span- nungsschwelle des Entladeschalters und der Zenerdiodenspan- nung. Die, Rest-Entladespannung läßt sich hierbei also durch eine geeignete Dimensionierung der Zenerdiode so einstellen, daß die Batteriespannung nicht ausreicht, um den Entlade- schalter leitend zu steuern, wodurch eine Zerstörung des Ent- ladeschalters durch den Batteriestrom verhindert wird.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusam- men mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Er- findung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen : Figur la : als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Entladeschaltung für ein kapazitives Stell- glied, Figur lb : den Verlauf von Entladestrom und Stellgliedspannung bei der Entladeschaltung gemäß Figur la, Figur 2a : eine Weiterbildung der in Figur la dargestellten Entladeschaltung mit einem Spannungsteiler zur Ver- bindung des Kurzschlußschalters mit dem Stellglied, Figur 2b : den Verlauf von Entladestrom und Stellgliedspannung bei der Entladeschaltung gemäß Figur 2a, Figur 3a : eine andere Variante der in Figur la gezeigten-Ent- ladeschaltung mit einer Zenerdiode zwischen dem Steuereingang des Entladeschalters und dem Stell- glied sowie Figur 3b : den Verlauf von Entladestrom und Stellgliedspannung bei der Entladeschaltung gemäß Figur 3a.

Die in Figur la dargestellte Entladeschaltung ist Bestandteil einer Steuerschaltung für ein Einspritzventil, das durch ein piezoelektrisches Stellglied P betätigt wird.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Figur la zunächst der strukturelle Aufbau der erfindungsgemäßen Entladeschaltung erläutert, um anschließend die Funktion der Entladeschaltung zu beschreiben.

Das piezoelektrische Stellglied P ist vereinfacht als Reihen- schaltung aus einem ohmschen Widerstand RPIEZO=1 6Q und einem Kondensator CpIEzo=6uF dargestellt. Der eine Anschluß des Stellglieds P ist mit Masse verbunden, während der andere An- schluß des Stellglieds P an eine hier nur schematisch darge- stellte Spannungsversorgungseinheit IC mit einer Ausgangs- spannung U=50V angeschlossen ist, um das Stellglied P bei ei- nem Stellvorgang elektrisch aufzuladen.

Parallel zu dem Stellglied P ist ein Entladeschalter M ge- schaltet, der als MOSFET vom Typ IRF630 ausgeführt ist und eine automatische Entladung des Stellglieds P nach einem Stellvorgang ermöglicht. Hierzu ist der Gate-Eingang des Ent- ladeschalters M über einen ohmschen Widerstand Rl=100kQ an den Verbindungspunkt des Stellglieds P und der Spannungsver- sorgungseinheit IC angeschlossen, so daß die Ladespannung des Stellglieds P auf den Steuereingang des Entladeschalters M wirkt.

Darüber hinaus ist der Steuereingang des Entladeschalters M über eine Parallelschaltung aus einer ersten Zenerdiode Dl und einem Steuerschalter DRIVER mit Masse verbunden und liegt somit im leitenden Zustand des Steuerschalter UDRIVER unabhän- gig von der Ladung des Stellglieds P stets auf Masse, so daß der Entladeschalter M in diesem Fall sperrt, wodurch eine au- tomatische Entladung des Stellglieds P verhindert wird.

Schließlich ist parallel zu dem Stellglied P eine Reihen- schaltung aus einem weiteren Schalter USHORT und einer Batte- rie VBAT geschaltet, wobei der Schalter USHORT kein regulärer Schalter ist, sondern nur im Fehlerfall durchschaltet, was zu

einem Kurzschluß des Stellglieds P auf die Batteriespannung führt.

Im folgenden wird nun die Funktionsweise der in Figur la dar- gestellten Entladeschaltung eingehend erläutert. Im Normalbe- trieb der Entladeschaltung ist der Steuerschalter UDRIVER durch eine externe Steuereinheit leitend geschaltet, so daß der Steuereingang des Entladeschalters M auf Masse liegt und der Entladeschalter M somit sperrt, wodurch eine automatische Entladung des Stellglieds P über den Entladeschalter M ver- hindert wird.

Das Stellglied P kann dann über die Spannungsversorgungsein- heit IC in herkömmlicher Weise aufgeladen werden, um einen Stellvorgang einzuleiten, der bei einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine dazu dient, Kraftstoff in den Brennraum einzuspritzen. Nach dem Stellvorgang wird das Stellglied P dann in herkömmlicher Weise entladen. Im entladenen Zustand wird dann kein Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftma- schine eingespritzt.

Die erfindungsgemäße automatische Entladung des Stellglieds P setzt erst ein, wenn die vorstehend erwähnte gesteuerte Ent- ladung ausfällt, weil beispielsweise die Stromversorgung der externen Steuereinheit ausfällt oder die externe Steuerein- heit eine Funktionsstörung hat. In diesem Fall wird der Steu- erschalter UDRIVER nicht mehr angesteuert, so daß der Steuer- eingang des Entladeschalters M nicht mehr auf Masse liegt, sondern die über dem Stellglied P anliegende Spannung annimmt und dadurch leitend gesteuert wird. Das Stellglied P wird al- so über den Entladeschalter M kurzgeschlossen, so daß die in dem Stellglied P gespeicherte Ladung solange abfließt, bis die Stellgliedspannung unter die Gate-Spannungsschwelle des Entladeschalters M abgesunken ist, woraufhin der Entlade- schalter M wieder sperrt und der Entladevorgang beendet wird.

Figur lb zeigt im oberen Diagramm den zeitlichen Verlauf des Entladestroms In durch den Entladeschalter M und im unteren Diagramm den zugehörigen Verlauf der Stellgliedspannung Up, für drei Meßreihen, wobei die Meßpunkte der einzelnen Meßrei- hen jeweils durch Quadrate, Dreiecke bzw. Rauten gekennzeich- net sind.

Es ist deutlich erkennbar, daß die Stellgliedspannung Up beim Einsetzen des Entladestroms Ip einbricht, da das Stellglied P über den Entladeschalter M entladen wird.

Weiterhin zeigen die Diagramme, daß die Rest-Entladespannung des Stellglieds P nahezu Null ist, was bedeutet, daß das Stellglied P fast vollständig entladen wird.

Zum Zeitpunkt t=0, 5ms erfolgt dann ein Kurzschluß des Stell- glieds P über die Batterie VBAT, indem der Kurzschlußschalter USHORT geschlossen wird, wodurch die Stellgliedspannung auf den Wert der Batteriespannung UBAT=12V springt und der Entla- deschalter M leitend gesteuert wird, so daß der Entladestrom In wieder ansteigt.

Die in Figur 2a dargestellte Entladeschaltung stimmt weitge- hend mit der in Figur la dargestellten und vorstehend erläu- terten Entladeschaltung überein, so daß im wesentlichen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen werden kann.

Der wesentliche Unterschied der in Figur 2a dargestellten Entladeschaltung gegenüber der vorstehend beschriebenen Ent- ladeschaltung besteht in der Ansteuerung des Steuereingangs des Entladeschalters M, der über einen Spannungsteiler mit dem Stellglied P verbunden ist. Hierzu ist der ersten Zener- diode D1 ein ohmscher Widerstand R2=50kQ parallel geschal- tet, der mit dem Widerstand Rl=100kS2 den Spannungsteiler bildet, so daß am Steuereingang des Entladeschalters nur 1/3 der Stellgliedspannung Up anliegt. Durch diese Teilung der Stellgliedspannung Up wird verhindert, daß der Entladeschal-

ter M bei einem Kurzschluß des Stellglieds P über den Kurz- schlußschalter USHORT und die Batterie VBAT durch die Batterie- spannung leitend gesteuert wird. Dies ist wichtig, da die Batterie VBAT andernfalls einen großen Strom In über den lei- tenden Entladeschalter M treiben würde, wodurch der Entlade- schalter M zerstört werden könnte. Der aus den Widerständen R1 und R28estehende Spannungsteiler wird also so dimensio- niert, daß die Rest-Entladespannung des Stellglieds P über der Batteriespannung liegt.

Figur 2b zeigt im oberen Diagramm den zeitlichen Verlauf des Entladestroms bei der in Figur 2a dargestellten Entladeschal- tung, während das untere Diagramm den zugehörigen Verlauf der Stellgliedspannung wiedergibt. Die Diagramme geben jeweils drei Meßreihen wieder, wobei die Meßpunkte entsprechend der jeweiligen Meßreihe durch Dreiecke, Quadrate oder Rauten ge- kennzeichnet sind.

Es ist wiederum deutlich erkennbar, daß die Stellgliedspan- nung beim Einsetzen des Entladestroms einbricht, da das Stellglied P dann über den Entladeschalter M kurzgeschlossen wird. Im Gegensatz zu dem in Figur lb dargestellten Diagramm steigt der Entladestrom jedoch nicht wieder an, wenn das Stellglied P im Zeitpunkt t=0, 5ms über den Kurzschlußschalter USHORT und die Batterie VBAT kurzgeschlossen wird. Dies liegt daran, daß der Steuereingang des Entladeschalters M mit einem Spannungsteiler verbunden ist, so daß am Steuereingang des Entladeschalters M nicht die volle Batteriespannung VBAT an- liegt. Der Spannungsteiler aus den Widerständen Rl und R2 ist nun so dimensioniert, daß die Batteriespannung nicht aus- reicht, um die Gate-Spannungsschwelle des Entladeschalters M zu erreichen, so daß der Entladeschalter M auch beim Schlie- ßen des Kurzschlußschalters SHORT weiterhin sperrt.

Die in Figur 3a dargestellte erfindungsgemäße Entladeschal- tung stimmt ebenfalls weitgehend mit der in Figur la darge-

stellten Entladeschaltung über, so daß im wesentlichen auf die zugehörige Beschreibung verwiesen werden kann.

Der einzige Unterschied dieser Entladeschaltung gegenüber der in Figur la dargestellten Entladeschaltung besteht wiederum in der Ansteuerung des Steuereingangs des Entladeschalters M, der über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R1=lOOkQ und einer zweiten Zenerdiode D2 mit dem Stellglied P verbun- den ist. Die am Steuereingang des Entladeschalters M anlie- gende Steuerspannung ist also gegenüber der Stellgliedspan- nung Up um die Zenerdiodenspannung Uz verringert. Dies bedeu- tet, daß der Entladeschalter M erst leitend gesteuert wird, wenn die Stellgliedspannung Up die Summe aus der Zenerdioden- spannung Uz und der Gate-Spannungsschwelle des Entladeschal- ters M überschreitet, so daß sich die Rest-Entladespannung des Stellglieds P durch eine geeignete Dimensionierung der zweiten Zenerdiode D2 entsprechend einstellen läßt. Die zwei- te Zenerdiode D2 ist hierbei so dimensioniert, daß die Batte- riespannung VBAT nicht ausreicht, um den Entladeschalter M leitend zu steuern. Dies ist wichtig, da die Batterie VBAT an- dernfalls bei einem Kurzschluß einen großen Strom In über den Entladeschalter M treiben und diesen dadurch zerstören würde.

Figur 3b zeigt im oberen Diagramm den zeitlichen Verlauf des Entladestroms In bei der in Figur 3a dargestellten Entlade- schaltung, während das untere Diagramm den zugehörigen Ver- lauf der Stellgliedspannung Up wiedergibt. Die Diagramme ge- ben jeweils drei Meßreihen wieder, wobei die Meßpunkte ent- sprechend der jeweiligen Meßreihe durch Dreiecke, Quadrate oder Rauten gekennzeichnet sind.

Auch hierbei ist wieder erkennbar, daß die Stellgliedspannung Up beim Einsetzen des Entladestroms IM einbricht. Der Entla- destrom IM steigt jedoch nicht wieder an, wenn das Stellglied P im Zeitpunkt t=0,5ms über den Kurzschlußschalter USHORT kurzgeschlossen wird, obwohl dann die Batteriespannung UBAT=12V am Stellglied P anliegt. Dies liegt daran, daß der

Steuereingang des Entladeschalters M über die zweite Zener- diode D2 mit dem Stellglied P verbunden ist, so daß die Steu- erspannung gegenüber der Batteriespannung bzw. der Stell- gliedspannung um die Zenerdiodenspannung verringert wird. Der Entladeschalter M würde also bei einem Kurzschluß des Stell- glieds P über den Kurzschlußschalter USHORT und die Batterie VBAT nur dann durchschalten, wenn die Batteriespannung größer ist als die Summe aus der Zenerdiodenspannung und der Gate- Spannungsschwelle, was jedoch nicht der Fall ist, um in die- sem Fall eine Zerstörung des Entladeschalters M durch extrem große Entladeströme In zu verhindern.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele.

Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gear- teten Ausführungen Gebrauch macht.