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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 Druckschrift
JP 2005 - 533 968 A 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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Die Druckschrift
DE 100 25 985 A1 beschreibt eine ein Verfahren zum Ausmessen einer Kraft-Auslenkungs-Kennlinie eines piezoelektrischen Aktors, bei dem die Kraft des Aktors in Abhängigkeit von der Auslenkung des Aktors erfasst wird, wobei sich der Aktor eine erste Wegstrecke gegen eine erste Steifigkeit und eine zweite Wegstrecke gegen eine zweite Steifigkeit auslenkt. Zur Veränderung der ersten Wegstrecke ist ein steuerbares Abstandselement in Form eines piezoelektrischen Aktors vorgesehen.
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Die Druckschrift JP H03 – 80 581 A beschreibt ein Herstellungsverfahren eines piezoelektrischen Aktors.
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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 oder Patentanspruch 2 sowie durch ein Gerät zur Überprüfung einer piezoelektrischen Betätigungseinrichtung 1 gemäß Patentanspruch 3 oder Patentanspruch 4 gelöst.
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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 10mV) 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 200N 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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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung, die eine piezoelektrische Betätigungseinrichtung zeigt,
- 2 zeigt eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, die eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zeigt, in der die in 1 gezeigte piezoelektrische Betätigungseinrichtung eingebaut ist,
- 3 zeigt einen vereinfachten Aufbau eines Geräts zur Überprüfung der piezoelektrischen Betätigungseinrichtung,
- 4A-4C zeigen Teilquerschnittsdarstellungen zur Beschreibung einer Überprüfungsverarbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung,
- 5A zeigt einen Graphen, der eine in einem piezoelektrischen Element erzeugte piezoelektrische Spannung in Bezug auf eine bei der Überprüfungsverarbeitung vergangene Zeit zeigt,
- 5B zeigt einen Graphen, der eine Kraft zum Drücken eines beweglichen Elements in der piezoelektrischen Betätigungseinrichtung bezüglich einer Versatzentfernung des beweglichen Elements zeigt,
- 6 zeigt einen Graphen, der die Drückkraft bezüglich der Versatzentfernung des beweglichen Elements zeigt, und
- 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 (AGrad) 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.
