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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein Gerät
zur Überprüfung einer piezoelektrischen Betätigungseinrichtung,
die in einer Einspritzvorrichtung zum Einspritzen eines Hochdruckkraftstoffs
in eine Verbrennungskammer einer Brennkraftmaschine verwendet wird.
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2. Beschreibung des verwandten
Standes der Technik
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In
den letzten Jahren ist vom Standpunkt einer Verbesserung einer Kraftstoffwirtschaftlichkeit und
einer Abgasreinigung eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für
eine Kraftfahrzeugkraftmaschine entwickelt worden, die eine piezoelektrische
Betätigungseinrichtung bzw. einen piezoelektrischen Aktor
verwendet. Es ist für die piezoelektrische Betätigungseinrichtung
erforderlich, einen kompakten Aufbau und eine hohe Haltbarkeit aufzuweisen,
da sie in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingebaut und unter
schwierigen Umgebungsbedingungen verwendet wird.
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Die
JP-A-2005-533968 offenbart
ein derartiges Beispiel einer piezoelektrischen Betätigungseinrichtung.
Die Betätigungseinrichtung, die als ein piezoelektrisches
Betätigungseinrichtungsmodul aufgebaut ist, umfasst ein
piezoelektrisches Element, einen Betätigungseinrichtungskopf
und einen Betätigungseinrichtungsfuß. Der Betätigungseinrichtungskopf
arbeitet mit einem Element zusammen, das durch das piezoelektrische
Element zu betreiben ist. Das Betätigungseinrichtungsmodul
ist von einer Hülse umgeben, die sich in die axiale Richtung
erstreckt. Eine Membran ist mit dem Betätigungseinrichtungskopf
verbunden, wobei sich die Membran im Wesentlichen in die radiale
Richtung erstreckt und mit der Hülse verbunden ist. Die
Membran umfasst Querschnitte, die verschiedenerlei unterschiedliche
Krümmungsradien aufweisen. In diesem Betätigungseinrichtungsmodul
sind der Betätigungseinrichtungskopf und das piezoelektrische
Element zusammengebaut, um einander zu kontaktieren, wobei eine
Druckbelastung an die Membran angelegt wird, wenn sich das piezoelektrische
Element in der axialen Richtung ausdehnt. Folglich besteht eine
Möglichkeit, dass ein Ansprechverhalten des piezoelektrischen
Elements durch die Membran negativ beeinflusst wird.
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Um
die vorstehend genannte Schwierigkeit zu bewältigen, ist
eine in 1 gezeigte piezoelektrische
Betätigungseinrichtung entwickelt worden. Die Betätigungseinrichtung 2 ist
aus einem zylindrischen Gehäuse 200, einem piezoelektrischen
Element 210, das in dem zylindrischen Gehäuse
angeordnet ist, und einem Kolben (einem beweglichen Element) 260 aufgebaut,
das mit dem Gehäuse 200 über eine Membran
(ein elastisches Element) 270 verbunden ist, um in der
axialen Richtung beweglich zu sein. Ein oberes Ende des piezoelektrischen
Elements 210 ist an einen Deckel 250 fixiert,
der bei einem oberen offenen Ende des zylindrischen Gehäuses 200 angeordnet
ist. Eine Lücke GP ist zwischen dem unteren Ende des piezoelektrischen
Elements 210 und dem Kolben 260 bereitgestellt,
so dass das untere Ende des piezoelektrischen Elements 210 den
Kolben 260 nicht kontaktiert, bevor die piezoelektrische
Betätigungseinrichtung 2 in eine in 2 gezeigte
Kraftstoffeinspritzvorrichtung I eingebaut ist. Auf diese Weise
wird sowohl auf das piezoelektrische Element 210 als auch
auf die Membran 270 keine Belastung aufgebracht, bevor
die Betätigungseinrichtung 2 in die Kraftstoffeinspritzvorrichtung
I eingebaut ist.
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Die
in 1 gezeigte piezoelektrische Betätigungseinrichtung 2 wird
in eine in 2 gezeigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung
I eingebaut. Der Kolben 260 wird durch eine Kolbenaufnahmeeinrichtung 280 nach
oben gedrückt, so dass der Kolben 260 eine untere
Schutzschicht 220 kontaktiert, die auf der unteren Oberfläche
des piezoelektrischen Elements 210 ausgebildet ist. In
diesem Zustand, d. h. wenn das piezoelektrische Element 210 nicht
ausgedehnt ist, wird eine elastische Kraft der Membran 270 an
den Kolben 260 angelegt, um ihn nach unten zu ziehen. Es
wird erwartet, dass eine Lebensdauer der Membran 270 verlängert
wird, indem die piezoelektrische Betätigungseinrichtung 2 in
die Kraftstoffeinspritzvorrichtung I in dieser Art und Weise eingebaut
wird.
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Wie
es in 1 gezeigt ist, wird das piezoelektrische Element 210 gebildet,
indem mehrere hundert Schichten einer dünnen Platte, die
aus einer Keramik wie beispielsweise PZT (Blei-Zirkonat-Titanat) hergestellt
ist, geschichtet werden, wobei auf beiden Oberflächen hiervon
Innenelektroden 211a, 211b ausgebildet sind. Die
Innenelektroden 211a sind elektrisch mit einer Seitenelektrode 212a verbunden, die
aus einem Material, wie beispielsweise einem dehnbaren Metall, hergestellt
ist, und die Innenelektroden 211b sind elektrisch mit einer
anderen Seitenelektrode 211b verbunden. Die Seitenelektrode 212a ist
mit einem Leitungsdraht 214a verbunden, während
die andere Seitenelektrode 212b elektrisch mit einem anderen
Leitungsdraht 214b verbunden ist. Beide Seitenelektroden 212a, 212b sind
mit isolierenden Elementen 213a, 213b abgedeckt.
Eine obere Schutzschicht 230 ist auf einem oberen Ende
des piezoelektrischen Elements 210 ausgebildet, und eine
untere Schutzschicht 220 ist auf dem unteren Ende des piezoelektrischen
Elements 210 ausgebildet. Somit ist das piezoelektrische
Element 210 in einer runden Säulenform ausgebildet.
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Das
in 1 gezeigte piezoelektrische Element 2 bringt
jedoch die nachstehend genannte Schwierigkeit mit sich. Die obere
Endoberfläche und die untere Endoberfläche des
piezoelektrischen Elements 210 können in einer
Abschleifverarbeitung dieser Oberflächen nicht vollständig
parallel zueinander gemacht werden. Es ist ziemlich schwierig, beide Oberflächen
so abzuschleifen, dass sie vollständig parallel sind. Wenn
das obere Ende und das untere Ende des piezoelektrischen Elements 210 nicht
parallel sind, wird eine Steigung (ein Gradient) zwischen der oberen
Oberfläche des Kolbens 260 und der unteren Schutzschicht 220 gebildet,
da das obere Ende des piezoelektrischen Elements 210 an
den Deckel 250 fixiert ist. Wenn die piezoelektrische Betätigungseinrichtung 2,
die die Steigung in der Lücke GP aufweist, in die Einspritzvorrichtung
I eingebaut wird, wird das untere Ende des piezoelektrischen Elements 210 durch
den Kolben 260 nicht gleichmäßig nach
oben gedrückt, d. h. ein Abschnitt des Kolbens 260 drückt
das piezoelektrische Element 210 nach oben. Wenn das piezoelektrische
Element 210 in dieser Situation angetrieben wird, wird
eine ungleichmäßige Kraft auf das piezoelektrische
Element 210 und die Membran 270 aufgebracht. Die
Membran 270 kann aufgrund einer Ermüdung während
eines Langzeitbetriebs beschädigt werden.
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Um
die vorstehend beschriebene Schwierigkeit zu vermeiden, ist es erforderlich,
die piezoelektrische Betätigungseinrichtung 2 zu
unterscheiden, die eine Steigung in der Lücke GP aufweist,
die eine zulässige Größe überschreitet.
Zu diesem Zweck muss die Steigung oder der Gradient in der Lücke
GP in einer Überprüfungsverarbeitung genau gemessen werden.
Es ist jedoch schwierig, die Lücke GP genau zu messen,
da die Lücke GP mit dem Gehäuse 200 abgedeckt
wird. Die Messung kann unter Verwendung von Röntgenstrahlen
möglich sein, aber ein derartiges Überprüfungsgerät
ist teuer.
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KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der vorstehend beschriebenen
Schwierigkeit gemacht worden, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein verbessertes Verfahren und ein verbessertes Gerät
zur Überprüfung einer piezoelektrischen Betätigungseinrichtung
bereitzustellen, die in der Lage sind, eine Lücke und einen
relativen Gradienten zwischen dem piezoelektrischen Element und
einem beweglichen Element genau und in einfacher Weise zu messen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Überprüfung
einer piezoelektrischen Betätigungseinrichtung gemäß Patentanspruch
1 sowie durch ein Gerät zur Überprüfung
einer piezoelektrischen Betätigungseinrichtung 1 gemäß Patentanspruch
5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen
Patentansprüchen angegeben.
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Die
piezoelektrische Betätigungseinrichtung ist in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung
eingebaut und öffnet oder schließt ein Einspritzloch
der Kraftstoffeinspritzvorrichtung. Die piezoelektrische Betätigungseinrichtung
umfasst ein zylindrisches Gehäuse mit einem ersten Ende
und einem zweiten Ende, ein piezoelektrisches Element, das in einer
Säulenform ausgebildet ist und in dem zylindrischen Gehäuse
angeordnet ist, und ein bewegliches Element, wie beispielsweise
einen Kolben. Ein oberes Ende des piezoelektrischen Elements wird
bei dem ersten Ende des zylindrischen Gehäuses gehalten,
und das bewegliche Element wird bei dem zweiten Ende des zylindrischen
Gehäuses über ein elastisches Element, wie beispielsweise
eine elastische Membran, gehalten.
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Eine
Lücke ist zwischen einem unteren Ende des piezoelektrischen
Elements und einer oberen Oberfläche des beweglichen Elements
gebildet. Die Lücke ist nicht immer gleichförmig
parallel, sondern sie umfasst eine relative Steigung oder einen
Gradienten zwischen dem unteren Ende des piezoelektrischen Elements
und dem beweglichen Körper. Eine kleinste Lücke,
die bei einem Randabschnitt des beweglichen Elements und des piezoelektrischen
Elements ausgebildet ist, wird als eine erste Lücke A bezeichnet,
und eine Lücke, die bei einer Mittelachse des piezoelektrischen
Elements gebildet ist, wird als eine zweite Lücke B bezeichnet.
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Die
erste Lücke A und die zweite Lücke B werden entsprechend
einem Verfahren der vorliegenden Erfindung gemessen (überprüft),
und der relative Gradient wird auf der Grundlage der ersten Lücke
A und der zweiten Lücke B berechnet. In der Überprüfungsverarbeitung
wird das bewegliche Element nach oben zu dem piezoelektrischen Element gedrückt,
während eine Versatzentfernung X des beweglichen Elements
und eine Drückkraft F, die auf das bewegliche Element aufgebracht
wird, gemessen werden. Die Versatzentfernung X zu einer Zeit, wenn
ein Punkt des beweglichen Elements das piezoelektrische Element
kontaktiert, stellt die erste Lücke A dar. Ob der eine
Punkt des beweglichen Elements das piezoelektrische Element kontaktiert,
wird auf der Grundlage eines piezoelektrischen Effekts (Piezospannung
oder Piezostrom) bestimmt, der in dem piezoelektrischen Element
durch die Drückkraft des beweglichen Elements erzeugt wird,
d. h., es wird bestimmt, dass der Punktkontakt stattgefunden hat,
wenn die piezoelektrische Spannung einen vorbestimmten Pegel (beispielsweise
10 mV) erreicht.
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Nachdem
der Punktkontakt stattgefunden hat, wird das bewegliche Element
weiter gegen das piezoelektrische Element nach oben gedrückt,
während die Versatzentfernung X und die Drückkraft
F gemessen werden. Der Versatz X zu einer Zeit, wenn das bewegliche
Element das piezoelektrische Element bei der zugehörigen
Mittelachse kontaktiert, stellt die zweite Lücke B dar.
Ob das bewegliche Element das piezoelektrische Element bei der zugehörigen
Mittelachse kontaktiert, wird auf der Grundlage der Drückkraft
bestimmt, die auf das bewegliche Element aufgebracht wird, d. h.,
es wird bestimmt, dass der Kontakt bei der Mitte stattgefunden hat,
wenn die Drückkraft einen vorbestimmten Pegel (beispielsweise
200 N erreicht). Alternativ hierzu kann dies auf der Grundlage einer Änderungsrate
der Drückkraft bestimmt werden, d. h., es kann bestimmt
werden, dass der Kontakt bei der Mitte stattgefunden hat, wenn die Änderungsrate
höher als ein vorbestimmter Pegel wird.
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Dann
wird der relative Gradient ΔGrad zwischen dem beweglichen
Element und dem piezoelektrischen Element entsprechend der Gleichung: ΔGrad
= 2·(B – A) berechnet. Die piezoelektrischen Betätigungseinrichtungen,
die einen relativen Gradienten aufweisen, der größer
als ein vorbestimmter Wert ist, werden in der Überprüfungsverarbeitung
zurückgewiesen.
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Die
Vorrichtung zur Ausführung der vorstehend beschriebenen Überprüfung
umfasst eine Drückvorrichtung, um das bewegliche Element
nach oben zu dem piezoelektrischen Element zu drücken, eine
Vorrichtung zum Messen der Versatzentfernung des beweglichen Elements,
wenn es nach oben gedrückt wird, eine Vorrichtung zum Messen
einer Drückkraft, die auf das bewegliche Element aufgebracht
wird, und eine Vorrichtung zur Erfassung der piezoelektrischen Effekte,
die in dem piezoelektrischen Element erzeugt werden, wenn es gedrückt wird.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung werden die Lücke zwischen dem beweglichen
Element und dem piezoelektrischen Element sowie der relative Gradient
in der Lücke auf einfache Weise und genau gemessen. Weitere
Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus einem
besseren Verständnis des bevorzugten Ausführungsbeispiels, das
nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
beschrieben ist, in einfacher Weise ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 zeigt
eine Querschnittsdarstellung, die eine piezoelektrische Betätigungseinrichtung
zeigt,
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2 zeigt
eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, die eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zeigt,
in der die in 1 gezeigte piezoelektrische Betätigungseinrichtung
eingebaut ist,
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3 zeigt
einen vereinfachten Aufbau eines Geräts zur Überprüfung
der piezoelektrischen Betätigungseinrichtung,
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4A–4C zeigen
Teilquerschnittsdarstellungen zur Beschreibung einer Überprüfungsverarbeitung
gemäß der vorliegenden Erfindung,
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5A zeigt
einen Graphen, der eine in einem piezoelektrischen Element erzeugte
piezoelektrische Spannung in Bezug auf eine bei der Überprüfungsverarbeitung
vergangene Zeit zeigt,
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5B zeigt
einen Graphen, der eine Kraft zum Drücken eines beweglichen
Elements in der piezoelektrischen Betätigungseinrichtung
bezüglich einer Versatzentfernung des beweglichen Elements zeigt,
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6 zeigt
einen Graphen, der die Drückkraft bezüglich der
Versatzentfernung des beweglichen Elements zeigt, und
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7 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitung
zur Überprüfung der piezoelektrischen Betätigungseinrichtung
zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES
BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
ist unter Bezugnahme auf die 3–7C beschrieben.
Wie es in 3 gezeigt ist, ist eine Drückvorrichtung 70 zum
Drücken des beweglichen Elements (des Kolbens) 260 nach
oben hin zu dem piezoelektrischen Element 210 bei einem unteren
Ende (einem zweiten Ende) des Gehäuses 200 angeordnet.
Die Drückvorrichtung 70 ist durch eine Betätigungseinrichtung,
wie beispielsweise einen Servomotor oder eine Öldruckpresse,
aufgebaut. Die Drückvorrichtung 70 umfasst eine
Vorrichtung zur Messung der Versatzentfernung des beweglichen Elements 260 und
eine Vorrichtung 72 zur Messung einer Drückkraft
der Drückvorrichtung. Die Versatzentfernungsmessvorrichtung 71 kann
durch eine Vorrichtung, wie beispielsweise eine Laservorrichtung, eine
elektrostatische Kondensatorvorrichtung oder eine Drehkodiereinrichtung,
aufgebaut sein. Die Drückkraftmessvorrichtung 72 kann
durch eine Lastzelle aufgebaut sein.
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Ein
Paar von Leitungsdrähten 214a, 214b wird
aus dem piezoelektrischen Element 210 herausgeführt,
um die piezoelektrischen Effekte zu erfassen, die auftreten, wenn
das piezoelektrische Element 210 durch die Drückvorrichtung 70 nach
oben gedrückt wird. Eine Piezospannung-Vp-Erfassungseinrichtung 8 und
eine Piezostrom-Ip-Erfassungseinrichtung 9 sind mit den
Leitungsdrähten 214a, 214b verbunden.
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Unter
Bezugnahme auf die 4A–4C wird
eine Verarbeitung zum Messen der Lücke GP (siehe 1)
zwischen dem piezoelektrischen Element 210 und dem beweglichen
Element 260 beschrieben. Das obere Ende des piezoelektrischen Elements 210 wird
mit einer oberen Schutzschicht 230 abgedeckt, und das zugehörige
untere Ende wird mit einer unteren Schutzschicht 220 abgedeckt.
Es sei angenommen, dass die obere Endoberfläche des beweglichen
Elements 260 relativ zu der unteren Oberfläche
der unteren Schutzschicht 220 geneigt ist, was zu einer
ersten Lücke A (eine kleinste Lücke) bei einem
Ende des beweglichen Elements 260 und einer zweiten Lücke
B bei einer Mittelachse des piezoelektrischen Elements 210 führt,
wie es in 4A gezeigt ist. Unter Verwendung
der ersten Lücke A und der zweiten Lücke B wird
der Gradient ΔGrad (eine Steigung des beweglichen Elements 260 relativ
zu der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Elements 210)
berechnet.
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Wie
es in 4B gezeigt ist, wird das bewegliche
Element 260 nach oben gedrückt, während die
Versatzentfernung X (μm) und die Drückkraft F (N)
gemessen werden. Die Drückkraft F nimmt allmählich
zu, da das bewegliche Element 260 durch eine elastische
Kraft der Membran 270 nach unten gezogen wird, bis ein
Abschnitt des beweglichen Elements 260 die untere Schutzschicht 220 kontaktiert. Wenn
das bewegliche Element 260 das piezoelektrische Element 210 kontaktiert,
treten die piezoelektrischen Effekte in dem piezoelektrischen Element 210 auf,
die entweder durch die Piezospannungserfassungseinrichtung 8 oder
durch die Piezostromerfassungseinrichtung 9 erfasst werden.
Das piezoelektrische Element 210, das in dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel verwendet wird, erzeugt eine Piezospannung
von 5 (mV), wenn es um 1 (μm) zusammengedrückt
wird.
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel wird bestimmt, dass ein Abschnitt des
beweglichen Elements 260 das piezoelektrische Element 210 kontaktiert,
wenn die Piezospannung Vp, die in dem piezoelektrischen Element 210 erzeugt
wird, 10 (mV) erreicht, was einer Komprimierung einer Größe
von 2 (μm) entspricht. Dieses Kriterium ist unter Berücksichtigung gewisser
Abweichungen aufgrund äußerer Störungen
bei der Messverarbeitung eingestellt. Die Versatzentfernung X (μm),
die durch die Versatzmessvorrichtung 71 gemessen wird,
wenn die Piezospannung Vp 10 (mV) erreicht, stellt die erste Lücke A
dar. Die Piezospannung Vp (mV) gegen die Zeit (in der die Drückkraft
F aufgebracht wird) ist in 5A gezeigt,
und die Drückkraft F (N) gegen die Versatzentfernung X
(μm) ist in 5B gezeigt. Auf diese Art und
Weise kann die erste Lücke A genau bestimmt werden. Obwohl
sich eine Vergrößerungsrate der Drückkraft
bei einem Punkt ändert, bei dem das bewegliche Element 260 das
piezoelektrische Element 210 kontaktiert, ist es schwierig,
die erste Lücke A auf der Grundlage der Änderungsrate
der Drückkraft zu bestimmen, da die Änderung in
der Änderungsrate nicht substantiell bzw. erheblich ist.
Folglich ist es viel einfacher und genauer, den Punkt, bei dem das
bewegliche Element 260 das piezoelektrische Element 210 kontaktiert,
auf der Grundlage der Größe der erzeugten Piezospannung
zu bestimmen.
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Wie
es in 4C gezeigt ist, wird das bewegliche
Element 260 weiter nach oben gedrückt, nachdem
ein Abschnitt des beweglichen Elements 260 das piezoelektrische
Element 210 kontaktiert, bis das bewegliche Element 260 das
piezoelektrische Element 210 auf der gesamten zugehörigen
Oberfläche vollständig kontaktiert. Die Oberfläche
des beweglichen Elements 260, die eine Steigung relativ
zu der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Elements 210 aufweist,
wird parallel zu der unteren Oberfläche des piezoelektrischen
Elements 210, wenn das bewegliche Element 260 um eine Größe der
zweiten Lücke B nach oben gedrückt ist.
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Die
Drückkraft F (N) bezüglich der Versatzentfernung
X (μm) ist in 6 gezeigt. Wie es aus diesem
Graphen ersichtlich ist, ändert sich die Drückkraft
F drastisch, wenn die Versatzentfernung X gleich der zweiten Lücke
B (μm) wird, d. h., wenn die gesamte Oberfläche
des beweglichen Körpers 260 vollständig
das piezoelektrische Element 210 kontaktiert. Der Grund
hierfür ist, dass die Drückkraft F von der elastischen
Kraft der Membran 270 abhängt, bis das bewegliche
Element 260 das piezoelektrische Element 210 vollständig
kontaktiert, während die Drückkraft F von der
Komprimierung des piezoelektrischen Elements 210 abhängt,
nachdem das bewegliche Element 260 das piezoelektrische
Element 210 vollständig kontaktiert. Folglich
wird bestimmt, dass die Versatzentfernung X gleich der zweiten Lücke
B ist, wenn die drastische Änderung in der Drückkraft
X erfasst wird. Die drastische Änderung tritt auf, wenn die
Drückkraft gemäß diesem Ausführungsbeispiel, das
in 6 gezeigt ist, FL erreicht. Es ist ebenso möglich,
die zweite Lücke B auf der Grundlage der Versatzentfernung
X zu bestimmen, wenn die Drückkraft N den vorbestimmten
Pegel FL erreicht. Der Gradient ΔGrad des beweglichen Elements 260 bezüglich
der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Elements 210 wird
entsprechend der nachstehenden Gleichung berechnet: ΔGrad
= 2·(B – A).
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Die
Verarbeitung zur Überprüfung der piezoelektrischen
Betätigungseinrichtung 2, die vorstehend beschrieben
ist, wird nochmals unter Bezugnahme auf die in den 7A–7C gezeigten Flussdiagramme
beschrieben. 7A zeigt die Verarbeitung zum
Messen der ersten Lücke A. In einem Schritt S1 wird das
bewegliche Element 260 nach oben gedrückt, während
die Versatzentfernung X des beweglichen Elements 260 und
die Piezospannung Vp oder der Piezostrom Ip gemessen werden. In
einem Schritt S2 wird bestimmt, ob der piezoelektrische Effekt,
der durch Vp oder Ip dargestellt wird, einen vorbestimmten Pegel
PL erreicht oder nicht. Wenn der piezoelektrische Effekt den vorbestimmten Pegel
PL erreicht, schreitet die Verarbeitung zu einem Schritt S3 voran,
in dem bestimmt wird, dass ein Teil des beweglichen Elements 260 das
piezoelektrische Element 210 kontaktiert. Wenn dies nicht
der Fall ist, springt die Verarbeitung zu dem Schritt S1 zurück.
In einem Schritt S4 wird die erste Lücke A als die Versatzentfernung
X bestimmt, bei der der teilweise Kontakt des beweglichen Elements
mit dem piezoelektrischen Element 210 stattfindet.
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Unter
Bezugnahme auf 7B wird die Verarbeitung zum
Messen der zweiten Lücke B beschrieben. In einem Schritt
S11 wird das bewegliche Element 260 kontinuierlich nach
oben gedrückt, nachdem der teilweise Kontakt zwischen dem
beweglichen Element 260 und dem piezoelektrischen Element 210 stattgefunden
hat, während die Versatzentfernung X des beweglichen Elements 260 und
die Piezospannung Vp oder der Piezostrom Ip gemessen werden. In
einem Schritt S12 wird bestimmt, ob die Drückkraft F einen
vorbestimmten Pegel FL erreicht oder nicht. Anstelle der Drückkraft
FL kann die Änderungsrate der Drückkraft verwendet
werden, wie es vorstehend beschrieben ist. In dem Schritt S12 wird
bestimmt, ob die Drückkraft F den vorbestimmten Pegel FL
erreicht. Wenn die Drückkraft den vorbestimmten Pegel FL
erreicht, schreitet die Verarbeitung zu einem Schritt S13 voran,
in dem bestimmt wird, dass das bewegliche Element das piezoelektrische
Element 210 vollständig kontaktiert. Wenn dies nicht
der Fall ist, springt die Verarbeitung zu dem Schritt S11 zurück.
In einem Schritt S14 wird die zweite Lücke B als die Versatzentfernung
X bestimmt, bei der das bewegliche Element 260 das piezoelektrische
Element 210 vollständig kontaktiert.
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Wie
es in 7C gezeigt ist, wird der relative Gradient ΔGrad
auf der Grundlage der ersten Lücke A und der zweiten Lücke
B berechnet. In einem Schritt S20 wird die erste Lücke
A entsprechend der in 7A gezeigten Verarbeitung bestimmt.
In einem Schritt S21 wird die zweite Lücke B entsprechend
der in 7B gezeigten Verarbeitung bestimmt.
In einem Schritt S22 wird der Gradient ΔGrad des beweglichen
Elements 260 bezüglich des piezoelektrischen Elements 210 entsprechend
der nachstehenden Gleichung berechnet: ΔGrad = 2·(B – A). Auf
diese Weise kann der Gradient ΔGrad in einfacher und sicherer
Art und Weise gemessen werden. Eine piezoelektrische Betätigungseinrichtung 2,
die einen Gradienten ΔGrad aufweist, der einen vorbestimmten
Pegel bzw. Wert überschreitet, kann aus einer Produktionslinie
entfernt werden, bevor sie in eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
I eingebaut wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene
Ausführungsbeispiel begrenzt, sondern kann in verschiedenerlei
Weise modifiziert werden. Beispielsweise wird das bewegliche Element 260 durch
die Drückvorrichtung 70 in dem vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiel bei einer Messung der ersten Lücke
A und der zweiten Lücke B nach oben gedrückt.
Es ist ebenso möglich, das piezoelektrische Element 210 zu
dem beweglichen Element 260 nach unten zu drücken
und die Herunterdrückkraft durch eine Messvorrichtung zu messen,
die unter dem beweglichen Element 260 positioniert ist.
Das Gerät zur Überprüfung der piezoelektrischen
Betätigungseinrichtung 2 kann in einem Herstellungsprozess
derselben beinhaltet sein.
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Wie
es vorstehend beschrieben ist, ist piezoelektrische Betätigungseinrichtung
(2) gemäß der vorliegenden Erfindung
in eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (I) eingebaut. Die piezoelektrische
Betätigungseinrichtung öffnet oder schließt
ein Einspritzloch der Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einer gesteuerten
Art und Weise. Die piezoelektrische Betätigungseinrichtung
(2) umfasst ein piezoelektrisches Element (210),
das in einem zylindrischen Gehäuse (200) angeordnet
ist, und ein bewegliches Element (260), das bei einem Bodenende
des Gehäuses angeordnet ist. Eine Lücke (GP) ist
zwischen dem beweglichen Element (260) und dem piezoelektrischen Element
(210) ausgebildet. Eine Steigung oder ein Gradient (ΔGrad)
des beweglichen Elements (260) in Bezug auf das piezoelektrische
Element (210) wird auf der Grundlage einer kleinsten Lücke
(A) bei einem Randbereich des beweglichen Elements und einer mittleren
Lücke (B) bei der Mittelachse erfasst. Die kleinste Lücke
(A) wird auf der Grundlage einer piezoelektrischen Spannung (Vp)
gemessen, die in dem piezoelektrischen Element (210) aufgrund
eines Kontakts des beweglichen Elements (260) mit dem piezoelektrischen
Element (210) erzeugt wird, und die mittlere Lücke
(B) wird auf der Grundlage einer Drückkraft (F) des beweglichen
Elements (260) gegen das piezoelektrische Element (210)
gemessen.
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Während
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf das vorstehend beschriebene
bevorzugte Ausführungsbeispiel gezeigt und beschrieben
worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass Änderungen
in der Form und in Einzelheiten hierbei ausgeführt werden
können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie
er in den beigefügten Patentansprüchen definiert
ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2005-533968
A [0003]