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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein piezoelektrisches Betätigungsglied
und eine das piezoelektrische Betätigungsglied anwendende Kraftstoffeinspritzvorrichtung
für eine
Brennkraftmaschine.
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In letzter Zeit wurde zum Einspritzen
von Hochdruckkraftstoff (unter hohem Druck gesetzten Kraftstoff)
in eine Dieselbrennkraftmaschine und dergleichen die Anwendung einer
hydraulischen Kraftstoffeinspritzvorrichtung in betracht gezogen,
die ein piezoelektrisches Betätigungsglied
anwendet. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in dieser Art überträgt einen
Versatz, der in Zusammenhang mit der Expansion oder Kontraktion
des piezoelektrischen Betätigungsglieds
auftritt, auf einen hydraulischen Kolben. Eine Hydraulikdruckkammer
ist an einer Endoberfläche
des Hydraulikkolbens angeordnet. Der Hydraulikdruck in der Hydraulikdruckkammer
steuert den Gegendruck einer Düsennadel
durch ein Hydraulikdruckventil. Der Hydraulikkolben wird durch Erregung
des piezoelektrischen Betätigungsglieds
bewegt. Somit wird der Druck in der Hydraulikdruckkammer geändert und
wird die Düsennadel
indirekt angetrieben.
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Das piezoelektrische Betätigungsglied
weist einen Piezostapel auf, der durch Stapeln einer Vielzahl von
Schichten aus einem piezoelektrischen Material geformt ist. Falls
Elektroden, die zwischen den jeweiligen Schichten aus piezoelektrischem
Material angeordnet sind, gespeist werden, expandiert oder kontrahiert
das piezoelektrische Betätigungsglied und
erzeugt den Versatz. Zur Vermeidung des Eindringens von Feuchtigkeit oder
Fremdstoffen von außerhalb
in den Piezostapel weist das piezoelektrische Betätigungsglied
einen Einheitsaufbau zum Abdichten des Piezostapels innerhalb eines
Gehäuses auf,
das einen Teil aufweist, das in der Lage ist, sich zu expandieren
oder kontrahieren.
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Eine Technik zum Formen (Gießen) eines elektrischen
Widerstandselements in ein Speisungsanschlusselement, das die Speisung
(Versorgung mit Energie) von außerhalb
auf das piezoelektrische Betätigungsglied überträgt, ist
in der Deutschen Offenlegungsschrift Nr. 19940346 offenbart. In
dieser Technik wird das elektrische Widerstandselement außerhalb
des Einheitsaufbaus angebracht, um den innerhalb der Einheit angeordneten
Piezostapel vor einer elektrischen Ladung zu schützen, die durch eine Temperaturänderung
und dergleichen erzeugt wird.
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In der vorstehend beschriebenen Technik wird
das elektrische Widerstandselement nicht an einem einzelnen Stück der Einheit
im Verlauf eines Herstellungsprozesses angebracht. Daher kann die Einheit
nicht geschützt
werden, falls die Einheit einer Umgebung ausgesetzt wird, in der
die Temperatur während
des Transports, Lagerung, Zusammenbau oder dergleichen sich ändert.
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Weiterhin gibt es, da ein Freiraum
zum Abdichten des elektrischen Widerstandselements in dem Verbinder
erforderlich ist, eine Möglichkeit,
dass die physikalische Größe des piezoelektrischen
Betätigungsglieds
vergrößert wird.
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Da weiterhin ein Verbindungsprozess
zum elektrischen Verbinden bzw. Anschließen des elektrischen Widerstandselements
an das piezoelektrischen Betätigungsglied
erforderlich ist, sind Löt-
bzw.
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Schweißeinrichtungen zur Durchführung des Verbindungsprozesses
erforderlich, weshalb aufgrund des Lötprozesses die Arbeitsstunden
erhöht werden.
Folglich gibt es die Möglichkeit,
dass die Produktkosten erhöht
werden.
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Daher liegt der vorliegenden Erfindung
die Aufgabe zugrunde, ein piezoelektrisches Betätigungsglied und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
für eine
Brennkraftmaschine bereit zu stellen, die in der Lage sind, einen
Piezostapel oder ein einzelnes Einheitsstück des Piezostapels selbst
dann zu schützen, wenn
der Piezostapel oder das einzelne Einheitsstück des Piezostapels alleine
belassen wird, ohne dass die physikalische Größe des Piezostapels oder der
Einheit des Piezostapels erhöht
wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
ferner die Aufgabe zugrunde, ein piezoelektrisches Betätigungsglied
und eine Kraftstofffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bereit
zu stellen, die in der Lage sind, einen Piezostapel oder ein einzelnes Einheitsstück des Piezostapels
zu schützen
und eine Temperaturkompensation einer Vorrichtung durchzuführen, die
das piezoelektrische Betätigungsglied
anwenden.
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Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung weist ein piezoelektrisches Betätigungsglied einen Piezostapel
auf, bei dem Schichten aus piezoelektrischen Material und innere
Elektrodenschichten abwechselnd gestapelt sind. Das piezoelektrische
Betätigungsglied
weist ein zylindrisches Behälterteil
zur Unterbringung eines Piezostapels derart, dass das Piezostapel
sich ausdehnen und zusammenziehen kann, und ein elektrisches Widerstandselement
auf, das elektrisch mit dem Piezostapel verbunden ist. Das elektrische
Widerstandselement ist in dem zylindrischen Behälterteil enthalten.
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Somit kann eine durch eine Temperaturänderung
erzeugte elektrische Ladung des Piezostapels in das mit den Piezostapel
elektrisch verbundenen elektrische Widerstandselement abgeleitet
(abgeführt)
werden, selbst falls die Temperatur während des Transports, der Lagerung
oder des Zusammenbaus in einem Herstellungsprozess des piezoelektrischen
Betätigungsglieds
oder einer Vorrichtung, die das piezoelektrische Betätigungsglied
anwendet, sich ändert.
Als Ergebnis kann ein Polarisationsdurchbruch des Piezostapels verhindert
werden.
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Somit kann, selbst falls ein einzelnes
Stück des
Piezostapels einer Umgebung ausgesetzt wird, in der sich die Temperatur ändert, das
eingebaute elektrische Widerstandselement die Schutzfunktion ausführen.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand
von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
Querschnittsdarstellung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine,
die ein piezoelektrisches Betätigungsglied gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung anwendet,
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2 eine
Querschnittsdarstellung des piezoelektrischen Betätigungsglieds
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
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3 eine
perspektivische Darstellung eines Piezostapels des piezoelektrischen
Betätigungsglieds
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel,
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4 eine
auseinander gezogene Darstellung des Piezostapels gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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5 eine
Querschnittsdarstellung eines Piezostapels eines piezoelektrischen
Betätigungsglieds
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung,
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6 ein
elektrisches Schaltbild des piezoelektrischen Betätigungsglieds
gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
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7 ein
elektrisches Schaltbild eines piezoelektrischen Betätigungsglieds
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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8 ein
elektrisches Schaltbild eines piezoelektrischen Betätigungsglieds
gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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9 ein
elektrisches Schaltbild eines piezoelektrischen Betätigungsglieds
gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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10 ein
elektrisches Schaltbild eines piezoelektrischen Betätigungsglieds
gemäß einem sechsten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, und
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11 ein
elektrisches Schaltbild eines piezoelektrischen Betätigungsglieds
gemäß einem
siebten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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In 1 ist
eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung veranschaulicht, die ein piezoelektrisches
Betätigungsglied
für eine
Brennkraftmaschine gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
verwendet.
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Wie es in 1 gezeigt ist, ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung
(Kraftstoffinjektor) durch Anordnen eines Düsenkörpers H4 an einem unteren Ende eines
Gehäuses
H1 durch Strömungsdurchlassformungsteile
H2 und H3 sowie durch fluiddichtes Befestigen des Düsenkörpers H4
mit einer Halterung H5. Ein piezoelektrisches Betätigungsglied 1 ist
in dem Gehäuse
H1 untergebracht. Wie es in 1 gezeigt
ist, ist ein Hochdruckkraftstoffdurchlass 62 innerhalb
des Gehäuses
H1 in einer vertikalen Richtung gemäß 1 geformt. Der Hochdruckkraftstoffdurchlass 62 ist
mit einem äußeren Common-Rail über ein
Kraftstoffeinleitungsrohr 63 verbunden, das nach oben vorspringt.
Ein Kraftstoffrückflussrohr 65, das
mit einem Ablaufdurchlass 64 kommuniziert, ist an einer
oberen Seite des Gehäuses
H1 angeordnet, so dass das Kraftstoffrückflussrohr 65 vorspringt. Auslaufender
Kraftstoff, der aus dem Kraftstoffrückflussrohr 65 ausströmt, wird
zu einem Kraftstofftank zurückgeführt.
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Das Gehäuse 1 ist im Wesentlichen
in der Form eines kreisförmigen
Zylinders geformt. Eine Längsöffnung 61 ist
in dem Gehäuse
H1 exzentrisch in Bezug auf die Zentralachse des Gehäuses H1
geformt. Ein zylindrisches Behälterteil
(nachstehend als Behältnis
bezeichnet) 11, das aus einem dünnen metallischen Zylinder
geformt ist, ist in die Längsöffnung 61 entnehmbar
eingesetzt. In dem Behältnis 11 ist das
piezoelektrische Betätigungsglied 1 untergebracht.
Die Längsöffnung 61 ist
neben dem Hochdruckkraftstoffdurchlass 62 parallel geformt.
Der Ablaufdurchlass 64 verläuft durch einen Raum zwischen
der Längsöffnung 61 und
dem Behältnis 11 und
erstreckt sich in der Darstellung gemäß 1 weiter nach unten. Das piezoelektrische
Betätigungsglied 1 weist
eine Stange 13 auf, die eine untere Endoberfläche eines
Piezostapels 12 berührt,
der in dem Behältnis 11 untergebracht
ist, wobei die Stange 13 sich mit dem Piezostapel 12 nach
oben oder unten bewegt. Der Durchmesser der Stange 13 ist
kleiner als derjenige des Piezostapels 12. Eine zylindrische Wand
eines unteren Endes des Behältnisses 11,
die den äußeren Rand
der Stange 13 umgibt, ist gefaltet, um Bälge 15 bereit
zu stellen, die in der Lage sind, sich auszudehnen und zusammenzuziehen.
Ein äußerer Durchmesser
der Bälge 15 stimmt
im Wesentlichen mit einem äußeren Durchmesser
des Hauptkörpers
des Behältnisses 11 überein.
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Der Rand eines unteren Endes der
Bälge 15 ist
an einem äußeren Rand
eines scheibenartigen Teils 14a geschweißt und befestigt,
das eine untere Oberfläche
des Behältnisses 11 bereitstellt.
Eine obere Oberfläche
des scheibenartigen Teils 14a berührt eine untere Endoberfläche der
Stange 13. Somit blockiert das scheibenartige Teil 14a ein
Ende (das untere Ende) des Behältnisses 11.
Dabei dient das scheibenartige Teil 14a als Versatzübertragungsteil, um
den Versatz des piezoelektrischen Betätigungsglieds 1 auf
einen Kolben mit größerem Durchmesser 2 als
Kolbenteil zu übertragen.
Die Kolben 15 dehnen sich in vertikaler Richtung aus bzw.
ziehen sich zusammen entsprechend dem Versatz des piezoelektrischen
Betätigungsglieds 1,
so dass das scheibenartige Teil 14 sich bewegen kann, wobei
eine Vorlast dem Piezostapel 12 in Kompressionsrichtung
beaufschlagt wird. Diese Kompressionskraft ist ein Teil der erforderlichen
Vorlast. Ein Hauptteil der erforderlichen Vorlast wird durch eine
Schraubenfeder 2c bereitgestellt. Die untere Endoberfläche der
Stange 13 ist in Form einer konvexgekrümmten Oberfläche geformt.
Die Mitte der oberen Endoberfläche
des scheibenartigen Teils 14a, die die untere Endoberfläche der
Stange 13 berührt,
ist in Form einer konkavgekrümmten
Oberfläche
geformt. Somit können
die Mitten automatisch durch den Kontakt zwischen der konvexgekrümmten Oberfläche und
der konkavgekrümmten
Oberfläche
justiert (ausgerichtet) werden. Ein Krümmungsradius der unteren Endoberfläche der
Stange 13 ist etwas kleiner derjenige der oberen Oberfläche des
scheibenartigen Teils 14a, um eine Kontaktfläche zu gewährleisten.
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Der Kolben mit großen Durchmesser 2 ist derart
geformt, dass ein Durchmesser von dessen oberen Endabschnitt verengt
wird, um einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser 2a bereit
zu stellen. Eine Spitzenoberfläche
des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 2a berührt eine
untere Oberfläche
des scheibenartigen Teils 14a. Die Spitzenoberfläche des Abschnitts
mit kleinem Durchmesser 2a ist in Form einer konvexgekrümmten Oberfläche geformt.
Die untere Oberfläche
des scheibenartigen Teils 14a, die die konvexgekrümmte Oberfläche berührt, ist
in Form einer konkavgekrümmten
Oberfläche
derart geformt, dass der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 2a und das
scheibenartige Teil 14a sich einander durch die konvexgekrümmte Oberfläche und
die konkavgekrümmte
Oberfläche
berühren.
Der Krümmungsradius
der konvexgekrümmten
Oberfläche
des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 2a ist etwas kleiner als
derjenige der konkavgekrümmten
Oberfläche
des scheibenartigen Teils 14a. Somit berühren sich
das scheibenartige Teil 14a, die Stange 13 und
der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 2a einander über gekrümmten Oberflächen derart,
dass deren Mitten justiert werden können, selbst falls deren Achsen beim
Zusammenbau und dergleichen voneinander verschoben werden. Mithin
kann ein Bruch verhindert werden, der verursacht würde, falls
eine exzentrische Last auf den Piezostapel 12 beaufschlagt
wird.
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Die Schraubenfeder 2c als
ein Federteil ist um den Abschnitt mit kleinem Durchmesser 2a des Kolbens
mit großem
Durchmesser 2 angeordnet. Die Schraubenfeder 2c spannt
ein ringartiges Teil 2b in Aufwärtsrichtung vor, das an den äußeren Rand
des oberen Endes des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 2a pressgepasst
ist. Die Vorspannkraft wirkt auf den Kolben mit großem Durchmesser 2 durch
das ringartige Teil 2b ein. Als Ergebnis spannt die Schraubenfeder 2c den
Kolben mit großem
Durchmesser 2 zu dem piezoelektrischen Betätigungsglied 1 hin
vor. Die Vorspannkraft der Schraubenfeder 2c wirkt ebenfalls
durch das scheibenartige Teil 14a und die Stange 13 auf
den Piezostapel 12 ein. Somit fungiert die Vorspannkraft
als Kompressionskraft des Piezostapels 12. Die Kompressionskraft
der Schraubenfeder 2c und die Kompressionskraft der Bälge 15 können derart
eingestellt werden, dass die Summe der Kompressionskräfte mit
der vorbestimmten Vorlast übereinstimmt,
die für
die Piezostapel 12 erforderlich ist.
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Die Vorspannkraft der Schraubenfeder 2c weist
eine Wirkung auf eine Erhöhung
der Kontaktdrücke
zwischen den jeweiligen Teilen, die den Versatz übertragen, oder den Kontaktdruck
zwischen dem Kolben mit großen
Durchmesser 2 und dem scheibenartigen Teil 14a,
den Kontaktdruck zwischen dem scheibenartigen Teil 14a und
der Stange 13 und den Kontaktdruck zwischen der Stange 13 und
den Piezostapel 12 jeweils auf. Als Ergebnis kann ein Verlust (Versatzverlust),
der erzeugt wird, wenn der Versatz des Piezostapels 12 auf
dem Kolben mit dem großen
Durchmesser 2 übertragen
wird, auf einen minimalen Wert begrenzt werden, so dass der Versatz
effektiv übertragen
werden kann.
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Der Piezostapel 12 als das
piezoelektrische Element ist durch Anordnen innerer Elektrodenschichten 121, 122 zwischen
Schichten aus piezoelektrischem Material 12A derart geformt,
dass positive Elektroden und negative Elektroden abwechselnd angeordnet
sind. Wie es in 2 und 3 gezeigt ist, sind die Schichten
aus piezoelektrischen Material 12A und die inneren Elektrodenschichten 121, 122 gleichzeitig
derart geformt, dass die Schichten aus piezoelektrischen Material 12A und
die innere Elektrodenschichten 121, 122 abwechselnd
in einer Vielzahl von Schichten gestapelt sind. Die Pfeilmarkierung "A" in 2 zeigt
die Richtung des Zusammenziehens und Auseinanderziehens des Piezostapels 12.
Die Schicht aus piezoelektrischem Material 12A ist aus einem
Rohling mit piezoelektrischen Materialien geformt, dessen Hauptrohmaterialien
Bleioxid, Zirkonoxid, Titanoxid, Niobium-Oxid, Strontium-Karbonat und
dergleichen sind. Wenn der Rohling geformt wird, werden Pulver der
vorstehend beschriebenen piezoelektrischen Materialien gewichtsmäßig gemessen,
um eine gewünschte
Zusammensetzung zu erzielen. Die piezoelektrischen Materialien werden
derart gemischt, dass das Verhältnis
des Bleioxids um ein bis zwei Prozent fetter (reicher) als ein stöchiometrisches
Verhältnis
des Mischungsverhältnisses
in der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung ist, wenn die Verdampfung
des Bleis berücksichtigt wird.
Die vorstehend beschriebenen piezoelektrischen Materialien werden
in einer Mischeinrichtung durch Trockenmischen gemischt, und die Mischung wird
bei einer Temperatur von 800 bis 950°C kalziniert. Dann werden die
kalzinierten Pulver in eine Aufschlämmung umgewandelt, indem reines
Wasser (destilliertes Wasser) und ein Dispergiermittel zu den kalzinierten
Pulver hinzugefügt
werden, und die Aufschlämmung
der kalzinierten Pulver werden durch Nassmahlen in einer Perlmühle gemahlen.
Dann wird die gemahlene Substanz getrocknet und entfettet, und wird
mit einem Lösungsmittel,
einem Bindemittel, einem Elastifizierer (elasticizer), einem Dispergiermittel
und dergleichen in einer Kugelmühle
gemischt. Dann werden eine Vakuumentschäumung und eine Viskositätsjustierung
der wässrigen
Masse durchgeführt,
während
die Aufschlämmung
mit einer Rühreinrichtung
in einer Vakuumausrüstung
gerührt
wird. Dann wird die Aufschlämmung
mittels einer Rakelvorrichtung in die Rohlinge geformt, die eine
vorbestimmte Dicke aufweisen. Der erhaltene Rohling wird mit einem
Pressgerät
(Stanzgerät)
oder durch eine Schneidemaschine in rechteckige Teile mit einer
vorbestimmten Größe geschnitten.
Dieselben Rohlinge werden in einem Antriebsabschnitt 111,
einem Pufferabschnitt 112 und einem Blindabschnitt (Dummy-Abschnitt) 113 des
Piezostapels 12 verwendet, wie es in 3 gezeigt ist. Danach wird ein Muster auf
einer Oberfläche
des geformten Rohlings mit einer Paste aus einer Mischung von Silber
und Palladium (die nachstehend als Ag/Pd-Paste ist) gedruckt, wobei
das Verhältnis
von Silber zu Palladium 7 zu 3 beträgt. Ein Muster 121 (122),
das etwas kleiner als die im Wesentlichen gesamte Oberfläche des
Rohlings 12A als die Schicht aus piezoelektrischen Material
ist, wird auf der Oberfläche
des Rohlings 12A mit der Ag/Pd-Paste geformt. Auf diese
Weise wird die innere Elektrodenschicht 121 (122)
geformt. Kupfer, Nickel, Platin, Silber oder eine Mischung aus diesen Metallen kann
als Material für
die innere Elektrode verwendet werden. Die mit den inneren Elektrodenschichten 121 (122)
geformten Rohlinge 12A werden in Bezug auf eine vorbestimmte
Anzahl der gestapelten Schichten entsprechend den erforderlichen
Spezifikationen des Versatzes des Antriebsabschnitts 111 und
des Pufferabschnitts 112 vorbereitet. Rohlinge 12B,
auf denen die innere Elektrodenschicht nicht gedruckt ist, werden
in Bezug auf eine vorbestimmte Anzahl vorbereitet, die für den Pufferabschnitt 112 und
dem Blindabschnitt 113 erforderlich ist.
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Wie es in 4 gezeigt ist, wird ein Rohling 12C als
eine Widerstandselementschicht vorbereitet. Das Material des Widerstands
ist nicht auf ein leitendes Widerstandsmaterial wie Bariumtitanat,
Silizium-Carbid, Silizium-Nitrit, Molybden-Disulfid und dergleichen
beschränkt.
Allgemein bekannte Materialien zum Formen des elektrischen Widerstandselements
können
als Material für
den Widerstand verwendet werden, falls der Rohling 12C zur
selben Zeit wie die anderen Rohlinge 12A und 12B geformt
werden kann. Wie bei den Rohlingen 12A wird ein Muster 121 (122),
das etwas kleiner als die im Wesentlichen gesamte Oberfläche des
Rohlings 12C ist, auf der Oberfläche des Rohlings 12C mit
der Ag/Pd-Paste geformt. Der Rohling 12C stellt das elektrische
Widerstandselement bereit.
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Dann werden, wie es in 3 und 4 gezeigt ist, die Rohlinge 12A, 12B und 12C gestapelt. 4 zeigt eine Darstellung
des gestapelten Zustands der Rohlinge 12A. 4 zeigt eine auseinandergezogene Darstellung
des Piezostapels, der sich entsprechend der Erregung (Speisung,
Versorgung mit Energie) zusammenzieht oder auseinanderzieht. Auf
diese Weise wird die geschichtete Struktur geformt, wie es in 3 gezeigt ist.
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Dann wird eine Thermokompression
durch Heizwassergummipressen (hot water rubber press) und dergleichen
durchgeführt.
Danach wird ein Entfetten mittels eines elektrischen Ofens bei einer
Temperatur von 400 bis 700°C
durchgeführt.
Daraufhin wird der beschichtete Körper bei einer Temperatur von
900 bis 1200°C
gesintert. Dann werden die Seitenoberflächenelektroden 161 und 162 durch
auftragen einer Silberpaste auf die seitlichen Oberflächen des
beschichteten Körpers
und durch einbrennen der aufgetragenen Silberpaste geformt. Alternativ
dazu können
die Seitenoberflächenelektroden 161 und 162 durch
Einbrennen in der Ab/Pd-Paste geformt werden. Anstelle des in der
Silberpaste verwendeten Silbers kann Nickel, Platin, eine Mischung
aus Silber und Palladium angewandt werden.
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Dann werden Leitungsdrähte 16a und 16b als
externe Elektroden gemäß 2 mit den Seitenoberflächenelektroden 161 und 162 mit
einem leitenden Klebemittel verbunden. Dann wird eine Gleichspannung
zwischen den inneren Elektrodenschichten 121 und 122 des
beschichteten Körpers durch
die Leitungsdrähte 16a und 16b angelegt,
um die Schichten aus piezoelektrischem Material 12A zu polarisieren.
Auf diese Weise wird der Piezostapel 12 erhalten. Die Leitungsdrähte 16a und 16b können mit den
Seitenoberflächenelektroden 161 und 162 durch Löten, Hartlöten und
dergleichen verbunden werden. Die Leitungsdrähte 16a und 16b können mit
den inneren Elektrodenschichten 121 und 122 mit
leitenden Klebemitteln ohne Formen der Seitenoberflächenelektroden
161 und 162 verbunden
werden. Für
die Leitungsdrähte 16a und 16b kann
eine leitende Metallfolie oder ein Metalldraht (einschließlich eines
beschichteten Drahts) angewandt werden. Die Leitungsdrähte 16a und 16b sind
die externen Elektroden eines Anschlusselements (Verbinders) 16,
der in einem oberen Ende des Behältnisses 11 befestigt
ist, um dem Piezostapel 12 von außen Energie zuzuführen.
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Der Rand des oberen Endes des Behältnisses 11 ist
an einen äußeren Rand
eines zylindrischen Teils 14b befestigt und dichtet das
obere Ende des Behältnisses 11 ab.
Das zylindrische Teil 14b ist mit Durchgangsöffnungen
zum Hindurchführen
der Leitungsdrähte 16a und 16b nach
außen
geformt. Die Freiräume
zwischen den Durchgangsöffnungen
und den Leitungsdrähten 16a und 16b sind
mit Abdichtungsteilen und dergleichen aufgefüllt. Isolierteile sind um die
Leitungsdrähte 16a und 16b angeordnet, um
eine Isolierung zwischen dem Behältnis 11 und den
Leitungsdrähten 16a und 16b zu
gewährleisten. Das
Behältnis 11 ist
mit einem oberen Ende der Längsöffnung 61 durch
Klemmen einer Sicherungsmutter 17 befestigt, die um den
Rand des Anschlusselements 16 angeordnet ist. Eine ringförmige Unterlegscheibe 18 ist
zwischen einem an dem äußeren Rand
des Verbinders 16 geformten Flansch und einem gestuften
Abschnitts der Längsöffnung 61 angeordnet,
um den Raum zwischen den Flansch des Verbinders 16 und
dem gestuften Abschnitt der Längsöffnung 61 abzudichten.
Dabei wird durch die Unterlegscheibe die Höhe zur Einpassung des Behältnisses 11 justiert.
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Die Ag/Pd-Paste wird auf die eine
Oberfläche
jeder Schicht aus piezoelektrischem Material 12A aufgetragen,
um die innere Elektrodenschicht 121 (122) zu bilden.
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Alternativ dazu können beispielsweise die innere
Elektrode 121 und die andere innere Elektrode 122 an
beiden Oberflächen
jeder Schicht aus piezoelektrischen Material 12A gedruckt
werden, wie es in 4 dargestellt
ist. Dies liegt daran, dass die Seitenoberflächenelektrode 161 und 162 sowie
die inneren Elektrodenschichten 121 und 122 gleichzeitig
wie die Schicht aus piezoelektrischem Material 12A durch
Kalzinierung geformt werden können.
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Der Piezostapel 12, der
auf einmal geformt wird, wird durch Stapeln der Vielzahl der Schichten aus
piezoelektrischen Material 12Aa, 12Ab, 12Ac, 12Ad, 12Ae, 12Af, 12Ag, 12Ah geformt,
wie es in 4 gezeigt
ist. Die jeweiligen Schichten aus piezoelektrischen Material 12Aa bis 12Ah sind
im Wesentlichen in derselben Form geformt. Genauer sind die jeweiligen
Schichten aus piezoelektrischen Material 12Aa bis 12Ah dünne Keramikplatten,
deren Dicke annähernd
von 0,05 mm bis 1,0 mm beispielsweise reicht, und eine Form eines
Polygons oder eines Kreises aufweisen, deren Durchmesser beispielsweise
von etwa 5 bis 15 mm reicht. Die inneren Elektrodenschichten 121a, 121b, 121c, 121d, 121e, 121f, 121g und 121h sowie
die inneren Elektrodenschichten 122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g und 122h werden
auf beiden Seiten der jeweiligen Schichten aus piezoelektrischen
Material 12Aa bis 12Ah mit dünnen Membranen aus einer Mischung aus
Silber und Palladium geformt, deren Dicke einige Mikrometer beträgt. Die
innere Elektrodenschicht 121r und die innere Elektrodenschicht 122r sind
an beiden Seiten des elektrischen Widerstandselements 12C mit
dünnen
Membranen aus der Mischung von Silber und Palladium geformt, deren
Dicke einige Mikrometer beträgt.
Das elektrische Widerstandselement 12C ist im Wesentlichen
in derselben Form wie die Schichten aus piezoelektrischen Material 12Aa bis 12Ah geformt,
und ist innerhalb der gestapelten Schichten aus piezoelektrischen
Material 12Aa bis 12Ah angeordnet.
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Wie es in einer Schaltung gemäß 4 dargestellt ist, sind
die inneren Elektroden 121a bis 121h elektrisch
mit der Seitenoberflächenelektrode 161 verbunden,
die elektrisch mit dem Leitungsdraht 16a verbunden sind.
Die inneren Elektroden 122a bis 122h sind elektrisch
mit der Seitenoberflächenelektrode 162 verbunden,
die elektrisch mit dem Leitungsdraht 16b verbunden ist.
Die innere Elektrodenschicht 121r ist elektrisch mit der
Seitenoberflächenelektrode 161 verbunden.
Die innere Elektrodenschicht 122r ist elektrisch mit der
Seitenoberflächenelektrode 162 verbunden.
Genauer sind die Schichten aus piezoelektrischem Material 12A und
die elektrische Widerstandselementschicht 12C, die den
Piezostapel 12 bilden, elektrisch miteinander parallel verbunden,
wie es in 4 dargestellt
ist. Die Ladung, die erzeugt wird, wenn die Spannung an die isolierenden
Schichten aus piezoelektrischen Material 12Aa bis 12Ah angelegt
wird, kann durch das elektrische Widerstandselement 12C abgeleitet
(leaked) werden. Der Wert des Widerstands des elektrischen Widerstandselement 12C reicht
von 0,1 bis 3MΩ (Megaohm),
der einen geringen oder gar keinen Einfluss auf die angelegte Spannung
in einer Anlegezeitdauer von einigen Millisekunden aufweist. Die
Ladung wird in einer Zeitdauer von einigen Zehnmillisekunden bis
Hundertmillisekunden abgeleitet. Als Ergebnis kann ein Polarisationsdurchbruch
der Schichten aus piezoelektrischen Material 12Aa bis 12Ah verhindert
werden und können
die Schichten aus piezoelektrischen Material 12Aa bis 12Ah geschützt werden.
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Eine Versatzvergrößerungskammer 3 als eine
Fluidkammer und ein Kolben mit kleinem Durchmesser 4 sind
koaxial unter dem Kolben mit großem Durchmesser 2 angeordnet,
wie es in 1 dargestellt
ist. Der Kolben mit kleinem Durchmesser 4 treibt ein Ventilteil 51 eines
Dreiwegeventils 5 an. Der Kolben mit großem Durchmesser 2 und
der Kolben mit kleinem Durchmesser sind gleitfähig in einem zylindrischen
Teil 66 mit zwei unterschiedlichen inneren Durchmessern
entsprechend den äußeren Durchmessern
des Kolbens mit großem
Durchmesser 2 und des Kolbens mit kleinem Durchmesser 4 angeordnet.
Die Versatzvergrößerungskammer 3 ist
geformt, indem der Kraftstoff als Betriebsfluid in einen Freiraum
eingefüllt
wird, der zwischen dem Kolben mit großem Durchmesser 2 und
dem Kolben mit kleinem Durchmesser 4 vorgesehen ist. Die
Versatzvergrößerungskammer 3 wandelt
den Versatz des Piezostapels 12 in den Hydraulikdruck um.
Genauer vergrößert die
Versatzvergrößerungskammer 3 den
Versatz unter Verwendung eines Durchmesserunterschieds zwischen
dem Kolben mit großem
Durchmesser 2 und dem Kolben mit kleinem Durchmesser 4 und überträgt den Versatz
auf den Kolben mit dem kleinen Durchmesser 4.
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Das Dreiwegeventil 5 verbindet
einen Kommunikationsdurchlass 52, der zu einer Gegendruckkammer 71 einer
Düsennadel 7 führt, mit
einem Hochdruckdurchlass 53 oder einem Niedrigdruckdurchlass 54 wahlweise,
um den Druck in der Gegendruckkammer 71 zu erhöhen oder
zu verringern. Der Hochdruckdurchlass 53 ist mit dem Hochdruckkraftstoffdurchlass 62 verbunden.
Der Niedrigdruckdurchlass 54 ist mit dem Ablaufdurchlass 64 verbunden. Falls
der Piezostapel 12 durch die Speisung ausgedehnt wird,
wird der Versatz des Piezostapels 12 auf den Kolben mit
großem
Durchmesser 2 übertragen, und
der Versatz wird vergrößert und
auf den Kolben mit dem kleinen Durchmesser 4 unter Verwendung des
Kraftstoffdrucks in der Versatzvergrößerungskammer 3 vergrößert. Falls
der Kolben mit kleinem Durchmesser 4 und das Ventilteil 51 absinken,
wird der Niedrigdruckdurchlass 54 geöffnet und strömt der Kraftstoff
in der Gegendruckkammer 71 aus dem Dreiwegeventil 5 in
den Ablaufdurchlass 64. Dabei steigt die Düsennadel 7 an
und wird Kraftstoff eingespritzt. Falls die Speisung gestoppt wird,
um den Piezostapel 12 zusammenzuziehen, steigt der Kolben mit
großem
Durchmesser 2 an und steigt der Kolben mit kleinem Durchmesser 4 an.
Dann steigt das Ventilteil 51 aufgrund des Kraftstoffdrucks
in dem Hochdruckdurchlass 53 an, und der Hochdruckkraftstoff strömt in die
Gegendruckkammer 71 aus dem Hochdruckkraftstoffdurchlass 62.
Auf diese Weise wird die Düsennadel 7 abgesenkt.
Somit kann das Starten und Stoppen des Kraftstoffeinspritzens durch
Erhöhen
oder Absinken lassen der Düsennadel 7 auf
der Grundlage des Auseinanderziehens oder Zusammenziehens oder des
Versatzes des piezoelektrischen Betätigungsglieds 1 durchgeführt werden.
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Ein Absperrventil (Rückschlagventil,
Sperrventil, check valve) 21 ist mit dem unteren Ende des Kolbens
mit großem
Durchmesser 2 integriert. Das Absperrventil 21 weist
einen plattenförmigen
Ventilkörper
und eine Tellerfeder auf. Der Ventilkörper des Absperrventils 21 ist
in einem Absperrventilhalter angeordnet, der an dem äußeren Rand
des unteren Endes des Kolbens mit großem Durchmesser 2 befestigt
ist. Ein Abschnitt des Absperrventilhalters ist in eine Konkavform
geformt. Die Tellerfeder des Absperrventils 21 spannt den
Ventilkörper
zu den Kolben mit großem
Durchmesser 2 hin vor. Der Ventilkörper öffnet oder schließt einen
Durchlass, der innerhalb des Kolbens mit großem Durchmesser 2 geformt
ist und mit dem Ablaufdurchlass 64 verbunden ist. Eine
Durchgangsöffnung
ist an der Mitte des Absperrventilhalters geformt, um das innere
mit dem äußeren zu
verbinden. Falls der Druck in der Versatzvergrößerungskammer 3 durch
den Kraftstoffauslauf und dergleichen verringert wird, öffnet der
Ventilkörper,
so dass der Kraftstoff in die Versatzvergrößerungskammer 3 aus
dem Ablaufdurchlass 64 durch den Durchlass innerhalb des
Kolbens mit großem Durchmesser 2 wieder
aufgefüllt
wird. Auf diese Weise kann die Erzeugung von Blasen und dergleichen in
der Versatzvergrößerungskammer 3 verhindert werden.
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Ein Anschlag 8 ist in der
Versatzvergrößerungskammer 3 zur
Begrenzung der Aufwärtsbewegung
des Kolbens mit kleinem Durchmesser 4 innerhalb eines vorbestimmten
Bereichs vorgesehen. Der Anschlag 8 ist aus einem ringförmigen Teil
geformt, dessen Zentralöffnung
derart geformt ist, dass ein innerer Durchmesser der Öffnung kleiner
als der äußere Durchmesser
des Kolbens mit kleinem Durchmesser 4 ist. Der Anschlag 8 ist
pressgepasst und in der Versatzvergrößerungskammer 3 befestigt.
Die Öffnung
des Anschlags 8 dient ebenfalls als Dämpfer zum Dämpfen der Vibrationen des Kolbens
mit kleinem Durchmesser 4 unter Verwendung der Kraftstoffströmung. Eine
obere Endoberfläche
des ringförmigen
Teils 8 ist an einer Stelle angeordnet, an der eine Störung mit
dem Kolben mit großem
Durchmesser 2 vermieden werden kann. Somit behindert das ringförmige Teil 8 den
Antrieb des Kolbens mit großem
Durchmesser 2 nicht.
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In dem piezoelektrischen Betätigungsglied 1 mit
dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird das elektrische Widerstandselement 12C,
das mit dem Piezostapel 12 elektrisch verbunden ist, zur
gleichen Zeit wie der Piezostapel 12 geformt. Daher kann, selbst
falls die Temperatur während
des Transports, der Speicherung oder des Zusammenbauens in dem Herstellungsprozess
des piezoelektrischen Betätigungsglieds
oder der Vorrichtung, die das piezoelektrische Betätigungsglied
anwendet, geändert
wird, die elektrische Ladung des Piezostapels, die durch die Temperaturänderung
erzeugt wird, in das elektrische Widerstandselement abgeleitet werden,
das elektrisch mit dem Piezostapel verbunden ist. Als Ergebnis kann
ein Polarisationsdurchbruch des Piezostapels verhindert werden.
Daher kann, selbst wenn ein einzelnes Stück des Piezostapels einer Umgebung
ausgesetzt wird, in der die Temperatur sich ändert, das eingebaute elektrische
Widerstandselement die Schutzfunktion ausführen.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
reicht der Widerstandswert des elektrischen Widerstandselements 12C von
0,1 bis 3MΩ.
Falls der Wert des Widerstandswerts niedriger als 0,1MΩ ist, fließt ein Strom
durch das elektrische Widerstandselement 12C, wenn eine
Spannung an dem Piezostapel 12 angelegt wird, da der Widerstandswert
zu niedrig ist. In diesem Fall gibt es die Möglichkeit, dass keine vorbestimmte
Spannung an die jeweiligen Schichten aus piezoelektrischem Material 12A angelegt
werden kann. Falls der Widerstandswert höher als 3MΩ ist, besteht die Möglichkeit,
dass die Steuerung der elektrischen Ladung eine lange Zeit benötigt, wenn
die an dem Piezostapel 12 angelegte Spannung ausgeschaltet
wird. Somit kann die zum Ausdehnen oder Zusammenziehen des Piezostapels 12 erforderliche
Spannung an die jeweiligen Schichten aus piezoelektrischem Material 12A angelegt werden.
Dabei kann ein Ansprechen gewährleistet werden,
so dass die elektrische Ladung innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer
abgeleitet wird, wenn die an den Piezostapel 12 angelegte
Spannung ausgeschaltet wird. Die Schichten aus piezoelektrischem Material 12A und
das elektrische Widerstandselement 12C, die den Piezostapel 12 bilden,
sind elektrisch miteinander parallel verbunden, wie es in 4 dargestellt ist.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist das elektrische Widerstandselement 12C einstückig mit
den Schichten aus piezoelektrischem Material 12A und den
inneren Elektrodenschichten 121 und 122 geformt,
indem das elektrische Widerstandselement 12C zur gleichen
Zeit wie die Schichten aus piezoelektrischen Material 12A und
die inneren Elektrodenschichten 121 und 122 geformt
werden. Auf diese Weise werden das elektrische Widerstandselement 12C und
die Schichten aus piezoelektrischem Material 12A miteinander
gestapelt. Dementsprechend kann der Raum zum Anbringen des elektrischen
Widerstandselements 12C im Vergleich zu der Technik verringert werden,
in der das elektrische Widerstandselement in den Speisungsverbinder
(das Speisungsanschlusselement) eingegossen wird.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
kann das elektrische Widerstandselement 12C aus dem elektrischen
Widerstandsmaterial geformt werden, das Barium-Titanat als Hauptrohmaterial
zusätzlich
zu dem allgemein bekannten elektrischen Widerstandsmaterial geformt
werden. In dem Fall, dass Barium-Titanat als Hauptrohmaterial verwendet wird,
bildet das elektrische Widerstandselement 12C eine Keramik
mit positiven Temperaturkoeffizienten (eine PTC-Keramik). Die PTC-Keramik weist eine hervorragende
PTC-Charakteristik auf. Da die PTC-Keramik ebenfalls durch Sintern
geformt wird, kann das elektrische Widerstandselement 12C zur gleichen Zeit
wie der Piezostapel 12 geformt werden. Da die PTC-Keramik als elektrisches
Widerstandselement 12C verwendet wird, kann die Curie-Temperatur
einen weiten Bereich eingestellt werden und kann die Temperatur
in einem relativ breiten Bereich erfasst (sensiert) werden. Daher
kann die Temperaturkompensation der Ausdehnung oder des Zusammenziehens
bzw. des Versatzes des piezoelektrischen Betätigungsglieds 1 mit
hoher Genauigkeit durchgeführt
werden.
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Weiterhin steigt der Widerstandswert
des Widerstandselements 12C, der die PTC-Keramik verwendet,
mit ansteigender Temperatur an. Daher kann die Wärmeerzeugung durch das elektrische
Widerstandselement verringert werden, so dass der thermische Einfluss
auf das Betätigungsglied
auf ein geringes Maß verringert
werden kann.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Nachstehen ist ein piezoelektrische
Betätigungsglied 1 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf 5 und 6 beschrieben. Gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
ist das elektrische Widerstandselement 12C an einer Position
angeordnet, die von der Speisungsschaltung zum Speisen des Piezostapels 12 von
außerhalb
entfernt ist.
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Wie es in 5 gezeigt ist, wird das elektrische Widerstandselement 12C zur
gleichen Zeit wie die Schichten aus piezoelektrischem Material 12A geformt,
so dass das elektrische Widerstandselement 12C an einer
Seite der Schicht aus piezoelektrischem Material 12A angeordnet
wird, die entgegengesetzt zu den Wurzeln (Anschlüssen) der Leitungsdrähte 16a und 16b liegt.
Wie es in 6 gezeigt
ist, sind die Leitungsdrähte 16a und 16b des
piezoelektrischen Betätigungsglied 1 mit
einer Energieversorgungsschaltung (nachstehend als Antriebsschaltung bezeichnet) 80 zur
Zufuhr der Leistung bzw. Energie zu dem Piezostapel 12 und
einer Steuerungsschaltung (die nachstehend als elektronische Steuerungseinheit,
ECU, bezeichnet ist) 90 zur Steuerung des Startens und
des Stoppens der Speisung (Versorgung mit Energie) des Piezostapels 12 verbunden. Die
Antriebsschaltung 80 und die ECU 90 bilden eine Speisungsschaltung
zum Speisen des Piezostapels 12.
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Somit kann selbst, falls ein Fehler
in der Leitung (der nachstehend als offener Stromkreis bezeichnet
ist) durch einen Durchbruch in den Schichten aus piezoelektrischem
Material 12A, den inneren Elektrodenschichten 121, 122 und
dergleichen verursacht wird, die dem Piezostapel 12 bilden,
die elektrische Ladung in den Schichten aus piezoelektrischem Material 12A,
die an einer entfernteren Position als im Vergleich zu der Position
der Schaltungsunterbrechung angeordnet sind, schnell durch das eingebaute
elektrische Widerstandselement 12C verbraucht werden. Daher
kann ein Phänomen
wie das verhindert werden, dass die Expansion (Ausdehnung) oder die
Kontraktion (das Zusammenziehen) des Piezostapels 12 nicht
rückgängig gemacht
(zurückgezogen,
withdrawn) werden kann, selbst falls die Speisungsschaltung wie
die Antriebsschaltung 80 ausgeschaltet wird.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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Nachstehend ist ein piezoelektrisches
Betätigungsglied 1 gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
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Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
ist das elektrische Widerstandselement 12C in der Mitte des
Piezostapels 12 angeordnet, wie es in 7 dargestellt ist. Somit ist das elektrische
Widerstandselement 12C in der Mitte der Ausdehnungsrichtung
der gestapelten Schichten einschließlich der Schichten aus piezoelektrischem
Material 12A angeordnet. Daher kann die Temperatur des
Piezostapels 12 selbst dann effektiv erfasst werden, falls
der Piezostapel 12 eine Temperaturverteilung entlang seiner
Ausdehnungsrichtung aufweist.
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Viertes Ausführungsbeispiel
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Nachstehend ist ein piezoelektrisches
Betätigungsglied 1 gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
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Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel sind
die elektrischen Widerstandselemente 12C an beiden Enden
des Piezostapels 12 angeordnet, wie es in 8 gezeigt ist. Somit sind die elektrischen Widerstandselemente 12C an
beiden Enden der Ausdehnungsrichtung der gestapelten Schichten einschließlich der
Schichten aus piezoelektrischem Material 12A angeordnet.
Daher kann die Temperatur des Piezostapels 12 effektiv
selbst dann erfasst werden, wenn der Piezostapel 12 eine
Temperaturverteilung entlang seiner Ausdehnungsrichtung aufweist. In
dem Fall, dass die elektrischen Widerstandselemente 12C an
beiden Enden des Piezostapels 12 angeordnet sind, kann
die Fehlersicherheitsredundanz für
die Schaltungsunterbrechung verbessert werden.
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Fünftes
Ausführungsbeispiel Nachstehend ist
ein piezoelektrisches Betätigungsglied 1 gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
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Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel sind die elektrischen
Widerstandselemente 12C an der Mitte an beiden Enden des
Piezostapels 12 angeordnet, wie es 9 dargestellt ist. Somit sind die elektrischen
Widerstandselemente 12C and der Mitte und an beiden Enden
der Ausdehnungsrichtung der gestapelten Schichten einschließlich der
Schichten aus piezoelektrischem Material 12A angeordnet.
Daher kann die Temperatur des Piezostapels 12 effektiv selbst
dann erfasst werden, falls der Piezostapel 12 eine Temperaturverteilung
entlang seine Ausdehnungsrichtung aufweist.
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In dem Fall, dass die elektrischen
Widerstandselement 12C an der Mitte und beiden Enden des
Piezostapels 12 angeordnet sind, kann die Fehlersicherheitsredundanz
für die
Stromkreisunterbrechung (circuit open) verbessert werden. Weiterhin kann
eine nicht lineare Verteilung der Temperatur des Piezostapels 12,
deren lineare Interpolation schwierig ist, an den drei Punkten interpoliert
werden, so dass die Temperaturerfassungsgenauigkeit des Piezostapels 12 verbessert
werden kann.
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Sechstes Ausführungsbeispiel
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Nachstehen ist ein piezoelektrisches
Betätigungsglied 1 gemäß einem
sechsten Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf 10 beschrieben.
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Gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel sind
mehrere Schichten der Piezostapel 12, die jeweils die elektrischen
Widerstandselemente 12C und die Schichten aus piezoelektrischem
Material 12A gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
aufweisen, gestapelt, um eine geschichtete Struktur zu bilden. Wie
es in 10 gezeigt ist,
sind die Piezostapel 12a, 12b, 12c gestapelt,
um den Piezostapel 12 insgesamt zu bilden. Das elektrische
Widerstandselement 12C ist unterhalb (nachgelagert, downstream) jeder
der jeweiligen Piezostapel 12a, 12b und 12c angeordnet.
Somit kann die Produktivität
in dem Fall verbessert werden, in dem die Anzahl der Vielzahl der
Schichten, in denen die Schichten aus piezoelektrischem Material 12A,
die elektrischen Widerstandselemente 12C und die inneren
Elektrodenschichten 121 und 122 abwechselnd gestapelt
sind, größer als eine
vorbestimmte Zahl ist, so dass die Vielzahl der Schichten beispielsweise
nicht gleichzeitig gebildet werden können. Dabei kann, selbst wenn
das einzelne Stück
des Piezostapels alleine gelassen wird, die Schutzfunktion zuverlässig ausgeführt werden.
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Die jeweiligen Piezostapel 12a, 12b und 12c mit
den Schichten aus piezoelektrischem Material 12A und den
elektrischen Widerstandselement 12C sind als Einheiten
geformt, und die Einheiten sind in die Vielzahl der Schichten gestapelt.
Daher kann die Erfassungsgenauigkeit der Temperatur des Piezostapels 12 verbessert
werden, indem die Änderung
der Widerstandswerte der elektrischen Widerstandselemente 12C der
Piezostapel 12a, 12b und 12c jeweils erfasst
wird.
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Da die Einheiten 12a, 12b und 12c in
mehreren Schichten gestapelt sind, kann die Produktivität in den
Fällen
verbessert werden, in denen die Piezostapel unterschiedlicher Spezifikationen
mit unterschiedlichen Stapellängen
geformt werden. Weiterhin kann, selbst falls jede der Einheiten 12a, 12b und 12c in
Form eines einzelnen Stücks
während
des Herstellungsprozesses alleine gelassen wird, der Polarisationsdurchbruch
aufgrund der Temperaturänderung
in der Umgebung verhindert werden, der die Einheit 12a, 12b und 12c ausgesetzt
werden, da die elektrischen Widerstandselemente 12C mit
den Einheiten 12a, 12b und 12c jeweils
kombiniert sind.
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Siebtes Ausführungsbeispiel
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Nachstehend ist ein piezoelektrisches
Betätigungsglied 1 gemäß einem
siebten Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf 11 beschrieben.
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Gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel sind
die elektrischen Widerstandselemente 12C an den Mitten
der Piezostapel 12a, 12b und 12c jeweils anstelle
an den abwärts
gelegenen Enden der Piezostapel 12a, 12b und 12c wie
gemäß im sechsten Ausführungsbeispiel
angeordnet. Somit kann die Schutzfunktion zuverlässig durch die in den Mitten der
Einheiten 12a, 12b und 12c jeweils angeordneten elektrischen
Widerstandselement 12C wie gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel
ausgeführt
werden, selbst falls das einzelne Stück eines der Piezostapel 12a, 12b und 12c frei
belassen wird.
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Modifikationen
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
sind die Schichten aus piezoelektrischem Material 12A und
das elektrische Widerstandselement 12C einstückig gestapelt
und kalziniert, und werden gleichzeitig geformt. Alternativ dazu
können
die Schichten aus piezoelektrischem Material 12A und das
elektrische Widerstandselement 12C getrennt kalziniert
werden und dann gestapelt werden. Durch beide Verfahren kann das
elektrische Widerstandselement 12C einstückig den Schichten
aus piezoelektrischem Material 12A und den inneren Elektrodenschichten 121 und 122 einstückig gestapelt
werden. Daher kann der Raum zum Anordnen des elektrischen Widerstandselements 12C verringert
werden.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
wird die PTC-Keramik, die in der Lage ist, die Temperatur des Piezostapels 12 zu erfassen,
als elektrisches Widerstandselement 12C verwendet. Falls
der elektrische Widerstandswert des elektrischen Widerstandselements 12C eine Temperaturcharakteristik
aufweist, kann das elektrische Widerstandselement 12C die
Temperatur des Piezostapels 12 erfassen.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
wurde das piezoelektrische Betätigungsglied 1 in
der Kraftstoffeinspritzvorrichtung verwendet. Die externe ECU 90 überwacht
den elektrischen Widerstandswert des elektrischen Widerstandselements 12C,
das den Piezostapel 12 mit aufbaut, kontinuierlich oder
regelmäßig. Die
ECU 90 erfasst die Temperatur des Piezostapels 12 auf
der Grundlage des elektrischen Widerstandswerts. Als Ergebnis kann
die ECU 90 die Temperaturkompensation der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
durch Steuerung der Spannung, der Ladungsenergie des Piezostapels 12 und
der Speisungszeitdauer entsprechend der erfassten Temperatur durchführen. Weiterhin
ist die Speisungszeitdauer (Speisungsperiode) entsprechend der Einspritzzeitdauer
zur Zufuhr des Kraftstoffs in die Brennkraftmaschine kürzer als
die Speisungszeitdauer für
das Verstreuen der elektrischen Ladung, die von einigen Zehnmillisekunden bis
Hundertmillisekunden reicht. Daher wird im normalen Betrieb das
elektrische Widerstandselement 12C nicht durch die Speisung
betätigt,
die durch die von der ECU 90 angesteuerten Antriebsschaltung 80 durchgeführt wird.
Im Gegensatz dazu arbeitet das elektrische Widerstandselement 12C und
führt die Schutzfunktion
aus, falls die ungewollte Ladung die piezoelektrischen Betätigungsglied 1 beispielsweise beaufschlagt
wird, wenn die Temperatur in der Umgebung sich ändert, der das Piezoelektrische
Betätigungsglied 1 und
die Kraftstoffeinspritzvorrichtung ausgesetzt ist.
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Weiterhin wird in dem Fall, dass
das elektrische Widerstandselement 12C aus der PTC-Keramik geformt
ist, der Piezostapel 12 mit geringer Spannung gespeist
und wird unter Verwendung der PTC-Charakteristik der PTC-Keramik erhitzt,
während
die Temperatur der Brennkraftmaschine niedrig ist. Als Ergebnis
kann der Effekt erreicht werden, dass das piezoelektrische Betätigungsglied 1 sich schnell
erhitzt und dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung betrieben werden
kann, nachdem die Temperatur des piezoelektrischen Betätigungsglieds 1 einen stabilen
Betriebsbereich erreicht hat.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
wird das Dreiwegeventil durch die Erhöhung und Verringerung in der
Versatzvergrößerungskammer
als die Fluidkammer durch den Kolben mit kleinem Durchmesser angetrieben. Alternativ
dazu kann die Düsennadel
durch die Erhöhung
und Verringerung des Hydraulikdrucks ohne Verwendung des Dreiwegeventils
angetrieben werden. Alternativ kann die Düsennadel durch ein Zreiwegeventil
anstelle durch das Dreiwegeventil geöffnet oder geschlossen werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele
begrenzt, sondern kann in vielerlei Weise ohne Abweichen von der
erfinderischen Idee gesetzt werden.
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Wie es vorstehend beschrieben worden
ist, weist ein piezoelektrisches Betätigungsglied 1 einen Piezostapel 12 auf,
in dem Schichten aus piezoelektrischem Material 12A und
innere Elektrodenschichten 121, 122 abwechselnd
gestapelt sind. Weiterhin weist das piezoelektrische Betätigungsglied 1 ein
zylindrisches Behälterteil 11 zur
Unterbringung des Piezostapels 12 derart auf, dass der
Piezostapel 12 sich ausdehnen und zusammenziehen kann,
und weist ein elektrisches Widerstandselement 12C auf, das
elektrisch mit dem Piezostapel 12 verbunden ist. Das elektrische
Widerstandselement 12C ist in dem zylindrischen Behälterteil 11 eingebaut.
Elektrische Ladung des Piezostapels 12, die durch eine
Temperaturänderung
erzeugt wird, wird in das elektrische Widerstandselement 12C abgeleitet.
Somit kann, selbst falls ein einzelnes Stück des Piezostapels 12 einer
Umgebung ausgesetzt wird, in der sich die Temperatur ändert, der
Piezostapel 12 durch das elektrische Widerstandselement 12C geschützt werden.