JP2010103315A - Piezoelectric actuator and fuel injection valve using the same - Google Patents

Piezoelectric actuator and fuel injection valve using the same Download PDF

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Hideo Naruse
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric actuator suppressing an increase in manufacturing cost and increasing detection accuracy; and to provide a fuel injection valve using the same. <P>SOLUTION: The piezoelectric actuator 22 for controlling opening/closing driving of a needle 12 of the fuel injection valve 2 includes a piezoelectric unit 23 formed by laminating piezoelectric element layers 61, 71, 81, and internal electrode layers 62a, 62b, 72a, 72b. The piezoelectric unit 23 includes a drive section 70 extended by application of a voltage and a load sensor section 60 detecting a load generated from the drive section 70. A connection layer 80 is provided between the drive section 70 and the load sensor section 60. Both the polarity of a drive section-side terminal inner electrode layer 73 of the drive section 70 on the side of the load sensor section 60 and the polarity of a sensor section-side terminal inner electrode layer 63 of the load sensor section 60 on the side of the drive section 70 are negative. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧電アクチュエータおよびそれを用いた燃料噴射弁に関する。   The present invention relates to a piezoelectric actuator and a fuel injection valve using the piezoelectric actuator.

圧電体層と内部電極層とが交互に積層され、圧電体層に内部電極層より電圧を印加することにより伸長する圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータの端部に非導電性部材からなるスペーサを介して設けられる圧電体からなる荷重センサとを有する燃料噴射弁が知られている(特許文献1参照)。この燃料噴射弁では、荷重センサにて圧電アクチュエータからの荷重を検出し、その検出結果に基づいて圧電アクチュエータに送信する開弁信号および閉弁信号を学習補正している。
特開平10−288119号公報
Piezoelectric layers and internal electrode layers are alternately stacked, and a piezoelectric actuator that expands when a voltage is applied to the piezoelectric layer from the internal electrode layer, and a spacer made of a non-conductive member is interposed at the end of the piezoelectric actuator. There is known a fuel injection valve having a load sensor made of a piezoelectric body provided (see Patent Document 1). In this fuel injection valve, a load from a piezoelectric actuator is detected by a load sensor, and a valve opening signal and a valve closing signal transmitted to the piezoelectric actuator are learned and corrected based on the detection result.
JP-A-10-288119

しかしながら、上記従来技術の燃料噴射弁では、圧電アクチュエータと荷重センサとは、ケーシング内で一体化させているものの、当該アクチュエータと当該センサとの間には非導電性部材からなるスペーサが介在している。このため、当該アクチュエータおよび当該センサの製造コストを上昇させてしまっており、燃料噴射弁の製造コストをも上昇させている原因の一つとなる。   However, in the above-described conventional fuel injection valve, although the piezoelectric actuator and the load sensor are integrated in the casing, a spacer made of a non-conductive member is interposed between the actuator and the sensor. Yes. For this reason, the manufacturing cost of the actuator and the sensor has been increased, which is one of the causes for increasing the manufacturing cost of the fuel injection valve.

この製造コストの上昇の原因の一つとなっている考えるスペーサを排除し、当該アクチュエータと当該センサとを隣接して配置させれば、上記問題は解消すると考えるが、次に挙げる新たな問題が発生するおそれがある。製造コストの上昇を抑制すべく、単にスペーサを排除して、当該アクチュエータと当該センサとを隣接して配置させると、高電圧が印加される圧電アクチュエータから荷重センサへの電気リークが発生するおそれがある。   If the spacer that is considered to be one of the causes of this increase in manufacturing cost is eliminated and the actuator and the sensor are placed adjacent to each other, the above problem will be solved, but the following new problems will occur. There is a risk. In order to suppress an increase in manufacturing cost, if the spacer is simply removed and the actuator and the sensor are arranged adjacent to each other, an electric leak from the piezoelectric actuator to which a high voltage is applied to the load sensor may occur. is there.

荷重センサへの電気リークが発生すると、圧電アクチュエータからの荷重に応じた荷重センサが発する電圧信号に電気的なノイズがのってしまい、荷重センサの検出精度が低下するという問題が発生する。その結果、その荷重センサからの検出結果に基づいて圧電アクチュエータを制御しようとすることとなるため、噴射制御精度が低下するという問題が発生する。   When an electric leak occurs in the load sensor, an electrical noise is added to a voltage signal generated by the load sensor in accordance with the load from the piezoelectric actuator, resulting in a problem that the detection accuracy of the load sensor is lowered. As a result, since the piezoelectric actuator is to be controlled based on the detection result from the load sensor, there arises a problem that the injection control accuracy is lowered.

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、製造コストの上昇を抑制でき、かつ検出精度を向上させることができる圧電アクチュエータおよびそれを用いた燃料噴射弁を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator capable of suppressing an increase in manufacturing cost and improving detection accuracy, and a fuel injection valve using the piezoelectric actuator. Is to provide.

請求項1に記載の発明は、複数の圧電体層と複数の内部電極層とが積層されてなる圧電体ユニットを有する圧電アクチュエータであって、圧電体ユニットは、圧電体層と圧電体層を挟む一対の内部電極層を含み、内部電極層を介して圧電体層に印加する電圧に応じて歪む駆動部と、圧電体層と圧電体層を挟む一対の内部電極層を含み、圧電体層に作用する荷重に応じた荷重信号を内部電極層を介して出力する荷重センサ部とを備え、
駆動部の圧電体層に電圧が印加される際の駆動部における内部電極層の極性は、一方の内部電極層が正側に、他方の内部電極層が負側となり、荷重センサ部に荷重が作用した際の荷重センサ部における内部電極層の極性は、一方の内部電極層が正側に、他方の内部電極層が負側となり、
駆動部における内部電極層のうち、駆動部に電圧が印加されたときの荷重センサ部に最も近くに配置される駆動部側終端内部電極層の極性、および荷重センサ部における内部電極層のうち、荷重センサ部に荷重が作用したときの駆動部に最も近くに配置されるセンサ部側終端内部電極層の極性は、共に負側であることを特徴としている。
The invention according to claim 1 is a piezoelectric actuator having a piezoelectric unit in which a plurality of piezoelectric layers and a plurality of internal electrode layers are laminated, the piezoelectric unit comprising a piezoelectric layer and a piezoelectric layer. A piezoelectric layer including a pair of internal electrode layers sandwiched and distorted in accordance with a voltage applied to the piezoelectric layer via the internal electrode layer, and a pair of internal electrode layers sandwiching the piezoelectric layer and the piezoelectric layer A load sensor unit that outputs a load signal corresponding to a load acting on the internal electrode layer,
When a voltage is applied to the piezoelectric layer of the drive unit, the polarity of the internal electrode layer in the drive unit is such that one internal electrode layer is on the positive side and the other internal electrode layer is on the negative side, and a load is applied to the load sensor unit. The polarity of the internal electrode layer in the load sensor portion when acting is such that one internal electrode layer is on the positive side and the other internal electrode layer is on the negative side,
Of the internal electrode layers in the drive unit, the polarity of the drive unit side terminal internal electrode layer disposed closest to the load sensor unit when a voltage is applied to the drive unit, and the internal electrode layer in the load sensor unit, The polarities of the sensor unit side terminal internal electrode layers arranged closest to the drive unit when a load is applied to the load sensor unit are both negative.

この発明によれば、駆動部における駆動部側終端内部電極層の駆動部に電圧が印加されたときの極性、および荷重センサ部におけるセンサ部側終端内部電極層の荷重センサ部に荷重が作用したときの極性、は共に負側であるため、両終端内部電極層間の電位差が非常に小さくなる。両終端内部電極層間の電位差が非常に小さくなるため、駆動部の圧電体層を伸長させるべく、駆動部側終端内部電極層を含む内部電極層に高電圧を印加したとしても、駆動部から荷重センサ部への電気リークを抑えられる。荷重センサ部への電気リークを抑えられるため、荷重センサ部の内部電極層から取り出される荷重に応じた荷重信号に電気的なノイズがのるという問題を解消でき、荷重センサ部の検出精度を向上できる。   According to the present invention, a load is applied to the polarity when a voltage is applied to the drive unit of the drive unit side terminal internal electrode layer in the drive unit, and to the load sensor unit of the sensor unit side terminal internal electrode layer of the load sensor unit. Since both of the polarities are negative, the potential difference between both terminal internal electrode layers becomes very small. Since the potential difference between both terminal internal electrode layers becomes very small, even if a high voltage is applied to the internal electrode layer including the drive unit side internal electrode layer in order to extend the piezoelectric layer of the drive unit, a load is applied from the drive unit. Electric leakage to the sensor unit can be suppressed. Since electric leakage to the load sensor can be suppressed, the problem of electrical noise on the load signal corresponding to the load taken from the internal electrode layer of the load sensor can be solved, improving the detection accuracy of the load sensor it can.

また、荷重センサ部への電気リークを抑えられるため、荷重センサ部と駆動部との間にスペーサなどの絶縁層を設ける必要性が無くなる、または、絶縁層を非常に薄くできる。圧電アクチュエータの製造コストの上昇を抑制できる。   In addition, since electric leakage to the load sensor unit can be suppressed, it is not necessary to provide an insulating layer such as a spacer between the load sensor unit and the drive unit, or the insulating layer can be made very thin. An increase in manufacturing cost of the piezoelectric actuator can be suppressed.

したがって、両終端内部電極層の極性を負側とすることにより、製造コストの上昇を抑制でき、かつ荷重センサ部における検出精度を向上させることができる圧電アクチュエータを提供することができる。   Therefore, by setting the polarities of both terminal internal electrode layers to the negative side, it is possible to provide a piezoelectric actuator capable of suppressing an increase in manufacturing cost and improving detection accuracy in the load sensor unit.

なお、特許請求の範囲に記載の「内部電極層の極性が負側」とは、駆動部においては、駆動部に電圧を印加する際の一対の内部電極層のうち、電位が低い側の内部電極層を意味し、荷重センサ部においては、荷重センサ部に荷重が作用したときの一対の内部電極層のうち、電位が低い側の内部電極層を意味する。したがって、極性が負側となる内部電極層の接地の方式は問わない。   In addition, “the polarity of the internal electrode layer is negative side” described in the claims means that, in the drive unit, the internal part of the pair of internal electrode layers when the voltage is applied to the drive unit is on the low potential side. It means an electrode layer, and in the load sensor part, it means an internal electrode layer on the side having a lower potential among a pair of internal electrode layers when a load acts on the load sensor part. Therefore, the method of grounding the internal electrode layer whose polarity is on the negative side is not limited.

請求項2に記載の発明は、センサ部終端内部電極層と駆動部終端内部電極層との間に接続層が配設され、接続層は、圧電体層であって、荷重センサ部における圧電体層、または駆動部における圧電体層よりも厚いことを特徴としている。   According to the second aspect of the present invention, a connection layer is disposed between the sensor unit termination internal electrode layer and the drive unit termination internal electrode layer, and the connection layer is a piezoelectric layer, and the piezoelectric body in the load sensor unit It is characterized by being thicker than the layer or the piezoelectric layer in the driving unit.

この発明によれば、両終端内部電極層間に配設される接続層は圧電体層であって、その圧電体層は、荷重センサ部における圧電体層または駆動部における圧電体層よりも厚くなっている。このため、荷重センサ部と駆動部との間の絶縁性をより確かなものとすることができ、荷重センサ部の検出精度を向上させることができる。なお、圧電体層の厚さとは、向かいあう内部電極層の表面間の距離を言う。   According to the present invention, the connection layer disposed between both terminal internal electrode layers is a piezoelectric layer, and the piezoelectric layer is thicker than the piezoelectric layer in the load sensor unit or the piezoelectric layer in the drive unit. ing. For this reason, the insulation between a load sensor part and a drive part can be made more reliable, and the detection accuracy of a load sensor part can be improved. The thickness of the piezoelectric layer refers to the distance between the surfaces of the internal electrode layers facing each other.

請求項3に記載の発明は、センサ部終端内部電極層と駆動部終端内部電極層との間に接続層が配設され、接続層は、圧電体層と内部電極層とが交互に積層されていることを特徴としている。   According to a third aspect of the present invention, a connection layer is disposed between the sensor unit termination internal electrode layer and the drive unit termination internal electrode layer, and the connection layer is formed by alternately laminating piezoelectric layers and internal electrode layers. It is characterized by having.

この発明によれば、両終端内部電極層間に配設される接続層は、圧電体層と内部電極層とが交互に積層されているため、接続層の絶縁性を高めるべく荷重センサ部や駆動部に使用する圧電体層とは異なる構造(例えば、層の厚さが他の圧電体層に比べ厚くなっている構造)とせずとも、接続層の厚さを厚くして絶縁性を高めることができる。また、圧電体層と内部電極層とが交互に積層されている状態であるため、荷重センサ部や駆動部の積層構造と同じとすることができる。   According to the present invention, since the connection layer disposed between both terminal internal electrode layers is formed by alternately laminating the piezoelectric layers and the internal electrode layers, the load sensor unit and the drive are provided to increase the insulation of the connection layer. Even if the structure is different from the piezoelectric layer used for the part (for example, the structure is thicker than other piezoelectric layers), the thickness of the connection layer should be increased to increase the insulation. Can do. Further, since the piezoelectric layers and the internal electrode layers are alternately laminated, the laminated structure of the load sensor unit and the driving unit can be made the same.

これによれば、圧電体ユニットを一体積層型で形成する際、接続層も荷重センサ部や駆動部と同じ環境で焼成させることができる。このため、焼成後の接続層の状態を荷重センサ部や駆動部と同様とすることができる。内部電極層に焼結助剤としての機能を有する場合は、接続層の機械的強度を確保することができ、圧電体ユニットの品質を向上させることができる。また、圧電体ユニットを構成する圧電体層の厚さの種類を少なくできるため、製造コストの上昇を抑えられる。   According to this, when the piezoelectric body unit is formed as an integral laminated type, the connection layer can also be fired in the same environment as the load sensor unit and the drive unit. For this reason, the state of the connection layer after baking can be made the same as that of the load sensor part and the drive part. When the internal electrode layer has a function as a sintering aid, the mechanical strength of the connection layer can be ensured, and the quality of the piezoelectric unit can be improved. In addition, since the types of thicknesses of the piezoelectric layers constituting the piezoelectric unit can be reduced, an increase in manufacturing cost can be suppressed.

そして、内部電極層を含む圧電体層と、内部電極層を含まない圧電体層とでは焼成時の収縮率が異なる。本発明によれば、接続層と、荷重センサ部並びに駆動部との焼成収縮を整合することができる。その結果、焼成収縮が未整合による圧電体ユニットの焼成後の剥離、クラックなどを回避できる。   And the shrinkage | contraction rate at the time of baking differs with the piezoelectric material layer containing an internal electrode layer, and the piezoelectric material layer which does not contain an internal electrode layer. According to the present invention, firing shrinkage between the connection layer, the load sensor unit, and the drive unit can be matched. As a result, peeling, cracking, and the like after firing of the piezoelectric body unit due to mismatching firing shrinkage can be avoided.

請求項4に記載の発明は、駆動部側終端内部電極層と、駆動部側終端内部電極層の荷重センサ部とは反対側に隣接して配設される終端圧電体層は、駆動部における他の圧電体層よりも厚いことを特徴としている。   The drive unit side termination internal electrode layer and the termination piezoelectric layer disposed adjacent to the drive unit side termination internal electrode layer on the side opposite to the load sensor unit are provided in the drive unit. It is characterized by being thicker than other piezoelectric layers.

この発明によれば、駆動部側終端内部電極層の荷重センサ部とは反対側に隣接して配設される終端圧電体層を、駆動部における他の圧電体層よりも厚くしているので、駆動部を伸縮させたときの、駆動部の端部に発生するせん断応力を緩和することができる。   According to the present invention, the terminal piezoelectric layer disposed adjacent to the side opposite to the load sensor portion of the drive unit side terminal internal electrode layer is thicker than the other piezoelectric layers in the drive unit. The shear stress generated at the end of the drive unit when the drive unit is expanded and contracted can be alleviated.

請求項5に記載の発明は、前記圧電体ユニットは、前記荷重センサ部を構成する前記圧電体層および前記内部電極層と、前記駆動部を構成する前記圧電体層および前記内部電極層とを有する積層焼成体であることを特徴としている。   According to a fifth aspect of the present invention, the piezoelectric unit includes the piezoelectric layer and the internal electrode layer that constitute the load sensor unit, and the piezoelectric layer and the internal electrode layer that constitute the drive unit. It is characterized by being a laminated fired body.

圧電体ユニットの構成は、大きく分けて二つの形態がある。一つは単板積層型であり、もう一つは一体積層型である。単板積層型の圧電体ユニットは、予め焼成した圧電体層に、内部電極層を印刷、焼成したものを積層するものであり、一体積層型の圧電体ユニットは、圧電体層(グリーンシート)に内部電極層を印刷したものを予め積層しておき、その後、焼成することにより圧電体層と内部電極層とを一体化させるものである。特許請求の範囲に記載の「積層焼成体」は、一体積層型のものを意味している。   The configuration of the piezoelectric unit is roughly divided into two forms. One is a single plate laminate type, and the other is an integral laminate type. A single-plate laminated piezoelectric unit is obtained by laminating a previously fired piezoelectric layer with an internal electrode layer printed and fired, and an integrally laminated piezoelectric unit is a piezoelectric layer (green sheet). In addition, a substrate printed with an internal electrode layer is laminated in advance, and then fired to integrate the piezoelectric layer and the internal electrode layer. The “laminated fired body” described in the claims means an integrally laminated type.

なお、単板積層型の圧電体ユニットでは、一般的には、内部電極層と外部とを電気的に接続する導電体(例えば、ステンレスや銅などの金属箔)が圧電体層間に配置されている。   In a single-plate stacked piezoelectric unit, generally, a conductor (for example, a metal foil such as stainless steel or copper) that electrically connects the internal electrode layer and the outside is disposed between the piezoelectric layers. Yes.

荷重センサ部と駆動部とを単板積層型の圧電体ユニットに形成した場合、駆動部を伸長させたときの荷重を荷重センサ部にて検出しようとすると、導電体が変形する。このため、力の伝達損失が発生し、荷重センサ部の検出精度が低下するおそれがある。また、この導電体の変形は、使用状況により変化するため、駆動部に所定量伸長させるべく所定の電圧を印加したとしても、荷重センサ部の検出結果が変化してしまい検出精度が低下する。   When the load sensor unit and the drive unit are formed in a single-plate stacked piezoelectric unit, the conductor deforms when the load sensor unit detects the load when the drive unit is extended. For this reason, force transmission loss occurs, and the detection accuracy of the load sensor unit may be reduced. In addition, since the deformation of the conductor changes depending on the usage situation, even if a predetermined voltage is applied to the drive unit to extend a predetermined amount, the detection result of the load sensor unit changes and the detection accuracy decreases.

これに対し、この発明によれば、圧電体ユニットは積層焼成体であるため、内部電極層を圧電体層の側壁に露出させることは研削などを行うことで容易に行える。このため、導電体を圧電体層間に挟み込む必要が無い。その結果、駆動部から荷重センサ部に伝わる力の損失を抑制でき、荷重センサ部の検出精度が単板積層型のものと比べ向上する。   On the other hand, according to the present invention, since the piezoelectric unit is a laminated fired body, the internal electrode layer can be easily exposed on the side wall of the piezoelectric layer by grinding or the like. For this reason, there is no need to sandwich the conductor between the piezoelectric layers. As a result, the loss of force transmitted from the drive unit to the load sensor unit can be suppressed, and the detection accuracy of the load sensor unit is improved as compared with the single plate laminated type.

圧電体層をアクチュエータとして利用する場合、駆動部の伸長量を極力大きくするために、一層あたりの圧電体層を極力薄く形成し、それらを複数枚積層するとよい。ところが、極力薄くした圧電体層にて駆動部と荷重センサ部とを一つの積層焼成体として形成すると、駆動部を伸長させたとき、駆動部の側面近傍に応力が集中し、応力が集中した箇所が破損するおそれがある。この現象は、駆動部の圧電体層の積層数が多ければ多いほど顕著となる。   When the piezoelectric layer is used as an actuator, in order to increase the extension amount of the drive unit as much as possible, it is preferable to form a thin piezoelectric layer per layer and to stack a plurality of them. However, when the drive unit and the load sensor unit are formed as a single laminated fired body with a piezoelectric layer made as thin as possible, when the drive unit is extended, stress is concentrated near the side surface of the drive unit, and the stress is concentrated. There is a risk of damage. This phenomenon becomes more prominent as the number of stacked piezoelectric layers in the driving unit increases.

請求項6に記載の発明のように、圧電体ユニットを、荷重センサ部を構成する圧電体層および内部電極層と、駆動部の一部分を構成する圧電体層および内部電極層とを有する積層焼成体であるセンサ部付圧電体ユニットと、駆動部の他の部分を構成する圧電体層および内部電極層を有する積層焼成体である駆動部圧電体ユニットとから構成させることにより、駆動部を伸長させたときの、側面近傍に集中する応力の程度を小さくすることができる。このため、圧電体ユニットの品質を向上させることができる。   According to the sixth aspect of the present invention, the piezoelectric unit includes a piezoelectric layer and an internal electrode layer that constitute the load sensor portion, and a laminated firing that includes the piezoelectric layer and the internal electrode layer that constitute a part of the driving portion. The drive unit is extended by being composed of a piezoelectric unit with a sensor unit, which is a body, and a drive unit piezoelectric unit, which is a laminated fired body having a piezoelectric layer and an internal electrode layer that constitute the other part of the drive unit It is possible to reduce the degree of stress concentrated near the side surface. For this reason, the quality of the piezoelectric body unit can be improved.

請求項7に記載の発明は、圧電体ユニットは、荷重センサ部を構成する圧電体層および内部電極層を有する積層焼成体であるセンサ部圧電体ユニットと、駆動部を構成する圧電体層および内部電極層を有する積層焼成体である駆動部圧電体ユニットとから構成されていることを特徴としている。   According to a seventh aspect of the present invention, the piezoelectric unit includes a sensor unit piezoelectric unit that is a laminated fired body having a piezoelectric layer and an internal electrode layer that constitute a load sensor unit, a piezoelectric layer that constitutes a drive unit, and The drive unit piezoelectric unit is a laminated fired body having an internal electrode layer.

この発明によれば、一つのユニットに荷重センサ部と駆動部とを備える場合に比べ、センサ部圧電体ユニットと駆動部圧電体ユニットの仕様を分ける必要が無く、共通の仕様の圧電体ユニットとすることができる。このため、低コストで荷重センサ部を有する圧電アクチュエータを製造できる。   According to the present invention, it is not necessary to separate the specifications of the sensor unit piezoelectric unit and the drive unit piezoelectric unit, compared to the case where the load sensor unit and the drive unit are provided in one unit, can do. For this reason, the piezoelectric actuator which has a load sensor part at low cost can be manufactured.

請求項8に記載の発明は、荷重センサ部は、圧電体ユニットのいずれか一方の端部に形成されていることを特徴としている。   The invention according to claim 8 is characterized in that the load sensor portion is formed at one end of the piezoelectric unit.

この発明によれば、荷重センサ部は圧電体ユニットのいずれか一方の端部に形成されているので、荷重センサ部の内部電極層に接続する配線と、駆動部の内部電極層に接続する配線の構造を極力簡素化できる。また、荷重センサ部は、圧電体ユニットのいずれか一方の端部に形成されているので、駆動部の影響(伸長による引張力や発熱などの外乱)を受け難い。   According to this invention, since the load sensor unit is formed at one end of the piezoelectric body unit, the wiring connected to the internal electrode layer of the load sensor unit and the wiring connected to the internal electrode layer of the drive unit Can be simplified as much as possible. Moreover, since the load sensor part is formed in any one edge part of a piezoelectric body unit, it is hard to receive the influence (disturbances, such as tensile force and heat_generation | fever by expansion) of a drive part.

請求項9に記載の発明は、燃料が噴射される噴孔、噴孔に高圧燃料を供給する高圧燃料通路を有するボデーと、ボデーに収容され、噴孔と高圧燃料通路との断続を制御する弁部材と、高圧燃料通路と連通し、弁部材に作用することにより開弁方向の力を発生させる高圧燃料通路からの高圧燃料を溜める第一液圧室と、高圧燃料通路と連通し、弁部材に作用することにより閉弁方向の力を発生させる高圧燃料通路からの高圧燃料を溜める第二液圧室と、ボデーに収容され、第一液圧室または第二液圧室のいずれかの燃料圧力を制御する制御弁と、請求項1から8のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータと、圧電アクチュエータの変位を制御弁に伝達する変位伝達部と、を備えることを特徴としている。   According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an injection hole through which fuel is injected, a body having a high-pressure fuel passage for supplying high-pressure fuel to the injection hole, and the intermittent connection between the injection hole and the high-pressure fuel passage. A valve member, a high pressure fuel passage that communicates with the high pressure fuel passage and that acts on the valve member to generate a force in the valve opening direction; A second hydraulic chamber for storing high-pressure fuel from the high-pressure fuel passage that generates force in the valve closing direction by acting on the member; and either the first hydraulic chamber or the second hydraulic chamber housed in the body A control valve that controls the fuel pressure, the piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 8, and a displacement transmission unit that transmits a displacement of the piezoelectric actuator to the control valve.

この発明によれば、変位伝達部を介して制御弁を駆動するアクチュエータに請求項1から8に記載の圧電アクチュエータを用いることにより、制御弁の駆動状態を正確に把握することができる。制御弁の駆動状態を正確には把握できるため、制御弁の動作にともなって駆動する弁部材の駆動状態も正確に把握することができる。その結果、燃料噴射弁の燃料噴射の精度を向上させることができる。   According to the present invention, the driving state of the control valve can be accurately grasped by using the piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 8 as the actuator that drives the control valve via the displacement transmission unit. Since the drive state of the control valve can be accurately grasped, the drive state of the valve member that is driven in accordance with the operation of the control valve can be accurately grasped. As a result, the fuel injection accuracy of the fuel injection valve can be improved.

請求項10に記載の発明は、燃料が噴射される噴孔、前記噴孔に高圧燃料を供給する高圧燃料通路を内部に有するボデーと、前記ボデーに収容され、前記噴孔と前記高圧燃料通路との断続を制御する弁部材と、前記高圧燃料通路と連通し、前記弁部材に作用することにより開弁方向の力を発生させる前記高圧燃料通路からの高圧燃料を溜める第一液圧室と、前記高圧燃料通路と連通し、前記弁部材に作用することにより閉弁方向の力を発生させる前記高圧燃料通路からの高圧燃料を溜める第二液圧室と、前記ボデーに収容され、移動することにより前記第一液圧室または前記第二液圧室のいずれかまたは両方の容積を変化させ、燃料圧力を制御するシリンダと、前記シリンダを直接駆動する請求項1から8のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータと、を備えることを特徴としている。   According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an injection hole through which fuel is injected, a body having a high-pressure fuel passage for supplying high-pressure fuel to the injection hole, and the injection hole and the high-pressure fuel passage accommodated in the body. And a first hydraulic chamber for storing high-pressure fuel from the high-pressure fuel passage that communicates with the high-pressure fuel passage and generates a force in the valve opening direction by acting on the valve member. A second hydraulic pressure chamber for storing high-pressure fuel from the high-pressure fuel passage that communicates with the high-pressure fuel passage and generates a force in the valve closing direction by acting on the valve member; The cylinder which controls the fuel pressure by changing the volume of either or both of the first hydraulic pressure chamber and the second hydraulic pressure chamber, and the cylinder is directly driven. Piezoelectric actuator as described in It is characterized in that it comprises mediator and, a.

この発明によれば、移動することにより、第一液圧室または第二液圧室のいずれかまたは両方の容積を変化させ、燃料圧力を制御するシリンダを直接駆動するアクチュエータに請求項1から8に記載の圧電アクチュエータを用いることにより、弁部材の駆動状態を正確に把握することができる。その結果、燃料噴射弁の燃料噴射の精度を向上させることができる。   According to the present invention, the actuator is configured to change the volume of one or both of the first hydraulic pressure chamber and the second hydraulic pressure chamber by moving and to directly drive the cylinder for controlling the fuel pressure. By using the piezoelectric actuator described in the above, it is possible to accurately grasp the driving state of the valve member. As a result, the fuel injection accuracy of the fuel injection valve can be improved.

請求項11に記載の発明は、ボデーには、請求項1から8のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータを収容するアクチュエータ室が形成されており、圧電アクチュエータは、液圧調整機構とは反対側に位置するアクチュエータ室の固定端側に荷重センサ部が位置するようにアクチュエータ室に収容されていることを特徴としている。   According to an eleventh aspect of the present invention, the body is formed with an actuator chamber that accommodates the piezoelectric actuator according to any one of the first to eighth aspects, and the piezoelectric actuator is opposite to the hydraulic pressure adjusting mechanism. The load sensor portion is housed in the actuator chamber so that the load sensor portion is positioned on the fixed end side of the actuator chamber located on the side.

この発明では、圧電アクチュエータは、前記液圧調整機構とは反対側に位置するアクチュエータ室の固定端側に荷重センサ部が位置するようにアクチュエータ室に収容されているため、荷重センサ部を液圧調整機構側に配置させる場合に比べ、駆動部が発生する荷重の伝達損失を抑制することができ、液圧調整機構または弁部材の駆動状態を正確に把握することができる。   In this invention, the piezoelectric actuator is accommodated in the actuator chamber so that the load sensor portion is positioned on the fixed end side of the actuator chamber located on the opposite side of the hydraulic pressure adjusting mechanism. Compared with the case where it is arranged on the adjustment mechanism side, transmission loss of the load generated by the drive unit can be suppressed, and the drive state of the hydraulic pressure adjustment mechanism or the valve member can be accurately grasped.

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する。   Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the overlapping description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol to the component corresponding in each embodiment.

(第1実施形態)
以下、本発明の圧電アクチュエータ22を、燃料噴射弁2に適用した場合を例に説明する。図1は、本発明の第1実施形態による燃料噴射弁2を含む燃料供給装置1の全体構成を示す断面図である。燃料供給装置1は、ディーゼルエンジンなどの多気筒内燃機関の各気筒に燃料を供給する。燃料供給装置1が取り扱う燃料は、ディーゼル燃料に限らずガソリン燃料であっても良い。
(First embodiment)
Hereinafter, the case where the piezoelectric actuator 22 of the present invention is applied to the fuel injection valve 2 will be described as an example. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of a fuel supply device 1 including a fuel injection valve 2 according to a first embodiment of the present invention. The fuel supply device 1 supplies fuel to each cylinder of a multi-cylinder internal combustion engine such as a diesel engine. The fuel handled by the fuel supply device 1 is not limited to diesel fuel, and may be gasoline fuel.

燃料供給装置1は、燃料噴射弁2、駆動回路3、電子制御装置4(以下、ECUという)などを備えている。燃料噴射弁2は、多気筒内燃機関のシリンダヘッドに装着されている。燃料噴射弁2は、蓄圧器(図示せず)に蓄えられた高圧燃料を各気筒内に直接燃料を噴射する。燃料噴射弁2に供給された燃料のうち、燃料噴射に利用されなかった燃料はリターン経路8より燃料タンク10に戻される。   The fuel supply device 1 includes a fuel injection valve 2, a drive circuit 3, an electronic control device 4 (hereinafter referred to as ECU), and the like. The fuel injection valve 2 is mounted on a cylinder head of a multi-cylinder internal combustion engine. The fuel injection valve 2 directly injects fuel into each cylinder using high-pressure fuel stored in a pressure accumulator (not shown). Of the fuel supplied to the fuel injection valve 2, the fuel not used for fuel injection is returned to the fuel tank 10 through the return path 8.

燃料噴射弁2は、ノズル11、制御弁18、およびアクチュエータ部21などから構成され、これらの部品は、棒状に形成されているボデー40に収容されている。   The fuel injection valve 2 includes a nozzle 11, a control valve 18, an actuator unit 21, and the like, and these components are accommodated in a body 40 formed in a rod shape.

ボデー40は、蓄圧器からの高圧燃料が導入される燃料入口部41、およびリターン経路8に接続する燃料出口部42を有している。ボデー40の軸方向一端側には、収容部43が形成されており、その収容部43には、燃料の噴射、非噴射を制御するノズル11が収容されている。なお、収容部43が、特許請求の範囲に記載の「第一液圧室」に相当する。   The body 40 has a fuel inlet 41 into which high-pressure fuel from the pressure accumulator is introduced, and a fuel outlet 42 connected to the return path 8. A housing portion 43 is formed at one end of the body 40 in the axial direction, and the housing portion 43 houses a nozzle 11 that controls fuel injection and non-injection. The accommodating portion 43 corresponds to a “first hydraulic chamber” described in the claims.

ノズル11は、ニードル12、ノズルスプリング16、およびノズルシリンダ17を有している。ニードル12は、収容部43内に摺動自在に保持されている。収容部43の軸方向一端側には、高圧燃料通路46を介して燃料入口部41と連通する噴孔44が形成されている。   The nozzle 11 has a needle 12, a nozzle spring 16, and a nozzle cylinder 17. The needle 12 is slidably held in the housing portion 43. A nozzle hole 44 that communicates with the fuel inlet 41 via a high-pressure fuel passage 46 is formed at one axial end of the housing 43.

この噴孔44の燃料入口部41側には、ニードル12に形成されているシート部13が着座する弁座45が形成されている。弁座45にシート部13が着座することにより、噴孔44への燃料の流れが閉ざされ、噴孔44からの燃料の噴射が停止する。弁座45からシート部13が離座することにより、噴孔44への燃料の流れが許容され、噴孔44から燃料が噴射する。   A valve seat 45 on which the seat portion 13 formed on the needle 12 is seated is formed on the fuel inlet portion 41 side of the nozzle hole 44. When the seat 13 is seated on the valve seat 45, the flow of fuel to the nozzle hole 44 is closed, and the fuel injection from the nozzle hole 44 is stopped. When the seat portion 13 is separated from the valve seat 45, the flow of fuel to the nozzle hole 44 is allowed, and fuel is injected from the nozzle hole 44.

ノズルシリンダ17は、筒状に形成されており、ニードル12のシート部13とは反対側の端部に形成されているピストン部14を内周側に摺動自在に、かつ液密的に挿入している。ノズルシリンダ17は、ピストン部14および収容部43の内壁とともに内部の燃料圧力が高圧と低圧とに切り替えられる制御室52を形成する。なお、制御室52が、特許請求の範囲に記載の「第二液圧室」に相当する。   The nozzle cylinder 17 is formed in a cylindrical shape, and a piston portion 14 formed at an end portion of the needle 12 opposite to the seat portion 13 is slidably and liquid-tightly inserted on the inner peripheral side. is doing. The nozzle cylinder 17 forms a control chamber 52 in which the internal fuel pressure is switched between high pressure and low pressure together with the piston portion 14 and the inner wall of the accommodating portion 43. The control chamber 52 corresponds to a “second hydraulic chamber” described in the claims.

ニードル12のシート部13とピストン部14との間にはフランジ部15が形成され、このフランジ部15とノズルシリンダ17との間には、ノズルスプリング16が設けられている。このノズルスプリング16は、ニードル12を、シート部13が弁座45に着座する方向、つまり閉弁方向に付勢する。   A flange portion 15 is formed between the seat portion 13 and the piston portion 14 of the needle 12, and a nozzle spring 16 is provided between the flange portion 15 and the nozzle cylinder 17. The nozzle spring 16 urges the needle 12 in the direction in which the seat portion 13 is seated on the valve seat 45, that is, in the valve closing direction.

ニードル12は、制御室52内の燃料圧力により閉弁方向に付勢される。また、ニードル12は、燃料入口部41から高圧燃料通路46を介して収容部43に導かれる高圧燃料によりシート部13が弁座45から離座する方向、つまり開弁方向に付勢される。ニードル12は、制御室52内の燃料圧力、収容部43に導かれる高圧燃料の燃料圧力、およびノズルスプリング16の付勢力のバランスにより、閉弁方向または開弁方向への移動が決定される。   The needle 12 is urged in the valve closing direction by the fuel pressure in the control chamber 52. Further, the needle 12 is urged in a direction in which the seat portion 13 is separated from the valve seat 45, that is, in a valve opening direction, by the high pressure fuel guided from the fuel inlet portion 41 to the accommodating portion 43 through the high pressure fuel passage 46. The movement of the needle 12 in the valve closing direction or the valve opening direction is determined by the balance of the fuel pressure in the control chamber 52, the fuel pressure of the high-pressure fuel guided to the housing portion 43, and the urging force of the nozzle spring 16.

制御弁18は、ボデー40の軸方向中間部に形成されているバルブ室53内に収容され、制御室52内の燃料圧力の高圧、低圧を切り替え制御する。バルブ室53は、制御室52と常時連通する連絡通路50、収容部43から分岐した高圧連絡通路47、低圧燃料通路48と接続している。連絡通路50には、コモンオリフィス51が設けられている。   The control valve 18 is housed in a valve chamber 53 formed in the intermediate portion of the body 40 in the axial direction, and performs switching control between high pressure and low pressure of the fuel pressure in the control chamber 52. The valve chamber 53 is connected to a communication passage 50 that always communicates with the control chamber 52, a high-pressure communication passage 47 that branches off from the housing portion 43, and a low-pressure fuel passage 48. A common orifice 51 is provided in the communication passage 50.

制御弁18は、弁体19、およびバルブスプリング20を有している。弁体19は、バルブ室53の内壁における低圧燃料通路48の開口部の周囲に形成されている低圧側シート面54に離着座することにより、バルブ室53と低圧燃料通路48との間の連通、遮断を制御する。また、弁体19は、バルブ室53の内壁における高圧連絡通路47の開口部の周囲に形成されている高圧側シート面55に離着座することにより、バルブ室53と高圧連絡通路47との間の連通、遮断を制御する。弁体19は、低圧側シート面54に着座しているときは、高圧側シート面55から離座しており、反対に低圧側シート面54から離座しているときは、高圧側シート面55に着座する。バルブスプリング20は、低圧側シート面54に着座させる向きに弁体19を付勢する。   The control valve 18 includes a valve body 19 and a valve spring 20. The valve body 19 communicates between the valve chamber 53 and the low-pressure fuel passage 48 by separating from and seating on the low-pressure side seat surface 54 formed around the opening of the low-pressure fuel passage 48 in the inner wall of the valve chamber 53. Control the shut-off. Further, the valve element 19 is separated from and seated on the high-pressure side seat surface 55 formed around the opening of the high-pressure communication passage 47 in the inner wall of the valve chamber 53, so that the valve body 19 is located between the valve chamber 53 and the high-pressure communication passage 47. Controls communication and disconnection. The valve body 19 is separated from the high-pressure side seat surface 55 when seated on the low-pressure side seat surface 54, and conversely when the seat 19 is separated from the low-pressure side seat surface 54. Sitting at 55. The valve spring 20 urges the valve body 19 in a direction to be seated on the low pressure side seat surface 54.

アクチュエータ部21は、ボデー40の軸方向他端側に形成されているアクチュエータ室56に収容されている。アクチュエータ室56は、低圧連絡通路49を介して低圧燃料通路48に接続している。   The actuator portion 21 is accommodated in an actuator chamber 56 formed on the other end side of the body 40 in the axial direction. The actuator chamber 56 is connected to the low pressure fuel passage 48 via the low pressure communication passage 49.

燃料タンク10と燃料出口部42とを接続するリターン経路8には、低圧燃料通路48側の圧力を制御する背圧弁9が配置されている。蓄圧器内に蓄えられた高圧燃料の圧力が100MPa以上であるのに対し、背圧弁9は低圧燃料通路48側の燃料圧力を1MPa程度に制御する。   A back pressure valve 9 for controlling the pressure on the low pressure fuel passage 48 side is disposed in the return path 8 that connects the fuel tank 10 and the fuel outlet 42. Whereas the pressure of the high pressure fuel stored in the pressure accumulator is 100 MPa or more, the back pressure valve 9 controls the fuel pressure on the low pressure fuel passage 48 side to about 1 MPa.

アクチュエータ部21は、圧電アクチュエータ22、および変位伝達部30を有している。圧電アクチュエータ22は、主に圧電体層を複数積層させることにより構成されており、電荷の充放電により伸縮する。圧電アクチュエータ22の構造については後ほど詳細に説明する。   The actuator unit 21 includes a piezoelectric actuator 22 and a displacement transmission unit 30. The piezoelectric actuator 22 is mainly configured by stacking a plurality of piezoelectric layers, and expands and contracts due to charge and discharge. The structure of the piezoelectric actuator 22 will be described in detail later.

変位伝達部30は、圧電アクチュエータ22の伸縮変位を制御弁18の弁体19に伝達する。変位伝達部30は、アクチュエータシリンダ31、第一ピストン32、および第二ピストン33を有する。第一ピストン32および第二ピストン33は、アクチュエータシリンダ31の内周側に摺動自在に、かつ液密的に挿入されている。第一ピストン32と第二ピストン33との間には、燃料が充填された液室34が形成されている。   The displacement transmission unit 30 transmits the expansion / contraction displacement of the piezoelectric actuator 22 to the valve body 19 of the control valve 18. The displacement transmission unit 30 includes an actuator cylinder 31, a first piston 32, and a second piston 33. The first piston 32 and the second piston 33 are slidably and liquid-tightly inserted on the inner peripheral side of the actuator cylinder 31. A liquid chamber 34 filled with fuel is formed between the first piston 32 and the second piston 33.

第一ピストン32は、第一スプリング35により圧電アクチュエータ22側に向かって付勢されている。第一ピストン32は、圧電アクチュエータ22により直接駆動される。圧電アクチュエータ22の伸長時、第一ピストン32が液室34に向かって移動するため、液室34内の燃料圧力が上昇する。   The first piston 32 is biased toward the piezoelectric actuator 22 by the first spring 35. The first piston 32 is directly driven by the piezoelectric actuator 22. When the piezoelectric actuator 22 is extended, the first piston 32 moves toward the liquid chamber 34, so that the fuel pressure in the liquid chamber 34 increases.

第二ピストン33は、第二スプリング36により制御弁18の弁体19側に向かって付勢されている。第二ピストン33は、弁体19と機械的に接続されており、第二ピストン33が液室34内の燃料圧力を受けて、弁体19に向かって移動することにより弁体19をバルブ室53と低圧燃料通路48との間を連通する方向に移動させる。   The second piston 33 is urged toward the valve body 19 side of the control valve 18 by the second spring 36. The second piston 33 is mechanically connected to the valve body 19, and the second piston 33 receives the fuel pressure in the liquid chamber 34 and moves toward the valve body 19 to move the valve body 19 to the valve chamber. 53 and the low-pressure fuel passage 48 are moved in a communication direction.

圧電アクチュエータ22の伸長時、第一ピストン32は液室34の方向に移動する。すると液室34内の燃料圧力は上昇する。第二ピストン33は、液室34内の高圧化された燃料圧力を受け、弁体19をバルブ室53と低圧燃料通路48との間を連通するとともに、バルブ室53と高圧連絡通路47との間の連通を遮断する方向に移動させる。   When the piezoelectric actuator 22 is extended, the first piston 32 moves in the direction of the liquid chamber 34. Then, the fuel pressure in the liquid chamber 34 increases. The second piston 33 receives the increased fuel pressure in the liquid chamber 34, communicates the valve body 19 between the valve chamber 53 and the low pressure fuel passage 48, and connects the valve chamber 53 and the high pressure communication passage 47. Move in the direction that cuts off the communication between them.

圧電アクチュエータ22の収縮時、液室34内の燃料圧力は低下する。第二ピストン33は、制御弁18のバルブスプリング20の付勢力により第一ピストン32側に移動する。バルブスプリング20の付勢力は、第二スプリング36の付勢力よりも大きい。これにより、弁体19は、バルブ室53と低圧燃料通路48との間の連通を遮断するとともに、バルブ室53と高圧連絡通路47との間を連通する方向に移動する。   When the piezoelectric actuator 22 contracts, the fuel pressure in the liquid chamber 34 decreases. The second piston 33 moves to the first piston 32 side by the urging force of the valve spring 20 of the control valve 18. The urging force of the valve spring 20 is larger than the urging force of the second spring 36. As a result, the valve body 19 blocks communication between the valve chamber 53 and the low-pressure fuel passage 48 and moves in a direction to communicate between the valve chamber 53 and the high-pressure communication passage 47.

圧電アクチュエータ22は、圧電体ユニット23および金属製のハウジング24を有している。圧電体ユニット23は、圧電体層(以下、ピエゾ素子層という)Pと内部電極層Eとを積層させたものであって、内部電極層Eを介してピエゾ素子層Pに電圧を印加することにより伸長する駆動部70と、伸長する際に作用する荷重に応じた荷重信号を内部電極層Eを介して出力する荷重センサ部60を有する。荷重センサ部60は、ピエゾ素子層Pの圧電効果を利用したものである。本実施形態では、荷重センサ部60の内部電極層Eから出力される荷重信号は荷重に応じた電荷および電圧信号である。   The piezoelectric actuator 22 includes a piezoelectric unit 23 and a metal housing 24. The piezoelectric unit 23 is formed by laminating a piezoelectric layer (hereinafter referred to as a piezoelectric element layer) P and an internal electrode layer E, and applies a voltage to the piezoelectric element layer P through the internal electrode layer E. And a load sensor unit 60 that outputs a load signal corresponding to a load acting upon extension through the internal electrode layer E. The load sensor unit 60 utilizes the piezoelectric effect of the piezo element layer P. In the present embodiment, the load signal output from the internal electrode layer E of the load sensor unit 60 is a charge and voltage signal corresponding to the load.

圧電アクチュエータ22は、駆動回路3に接続されている。駆動回路3は、圧電アクチュエータ22の駆動部70に充電電流を供給して、駆動部70のピエゾ電圧を高める。駆動部70の伸長量は、ピエゾ電圧に応じて変化する。駆動回路3には、ECU4が接続されている。ECU4は、各種情報に基づき、駆動部70へ供給するピエゾ電圧および通電タイミングに応じた充電制御信号を生成し、指令信号として駆動部70に送信する。   The piezoelectric actuator 22 is connected to the drive circuit 3. The drive circuit 3 supplies a charging current to the drive unit 70 of the piezoelectric actuator 22 to increase the piezoelectric voltage of the drive unit 70. The extension amount of the drive unit 70 changes according to the piezo voltage. An ECU 4 is connected to the drive circuit 3. The ECU 4 generates a charge control signal corresponding to the piezoelectric voltage supplied to the drive unit 70 and the energization timing based on various information, and transmits it to the drive unit 70 as a command signal.

また、荷重センサ部60は、駆動回路3に接続されている。荷重センサ部60からの電荷と電圧信号は、駆動回路3を介してECU4に入力される。ECU4には、吸入空気量、アクセルペダル踏み込み量、内燃機関回転数、蓄圧器内の燃料圧力などを検出する各種センサ(図示せず)とも接続され、これらの各種センサからの信号が入力されるようになっている。   Further, the load sensor unit 60 is connected to the drive circuit 3. The charge and voltage signals from the load sensor unit 60 are input to the ECU 4 via the drive circuit 3. The ECU 4 is also connected to various sensors (not shown) for detecting the intake air amount, accelerator pedal depression amount, internal combustion engine speed, fuel pressure in the accumulator, and the like, and signals from these various sensors are input. It is like that.

本実施形態では、圧電アクチュエータ22の駆動部70を充放電させる方法として、マルチスイッチング方式(以下、MS方式という)を採用している。   In the present embodiment, a multi-switching method (hereinafter referred to as an MS method) is adopted as a method for charging and discharging the drive unit 70 of the piezoelectric actuator 22.

駆動回路3は、直流電源(図示せず)からインダクタ(図示せず)を介して圧電アクチュエータ22に通電する経路中に、直流電源を直接切り離すことができるスイッチング素子(図示せず)を備えている。MS方式では、ECU4からの充電制御信号に基づいて、当該スイッチング素子を複数回オン/オフすることにより、圧電アクチュエータ22の駆動部70を数回に分けて充電する。   The drive circuit 3 includes a switching element (not shown) capable of directly disconnecting the DC power supply in a path for energizing the piezoelectric actuator 22 from a DC power supply (not shown) via an inductor (not shown). Yes. In the MS system, the drive unit 70 of the piezoelectric actuator 22 is charged in several times by turning the switching element on / off a plurality of times based on a charge control signal from the ECU 4.

スイッチング素子がオンしている間は、駆動部70へ漸増する充電電流が流れる。スイッチング素子がオフされると、フライホイール作用で駆動部70へ漸減する充電電流が流れる。このように駆動部70に充電電流が流れる間、駆動部70のピエゾ素子層Pにおけるピエゾ電圧は増加し続ける。なお、MS方式の詳細な駆動方法や回路構成などは、例えば特開2001−53348号公報にて周知である。   While the switching element is on, a charging current that gradually increases flows to the drive unit 70. When the switching element is turned off, a charging current that gradually decreases to the drive unit 70 by the flywheel action flows. Thus, while the charging current flows through the drive unit 70, the piezoelectric voltage in the piezoelectric element layer P of the drive unit 70 continues to increase. The detailed driving method and circuit configuration of the MS method are well known, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-53348.

ECU4は、MPU5、AD変換部6、DSP7などを有している。また、ECU4は、図示しないROM、EEPROM、およびRAMなどを備えている。MPU5は、ROMに記憶したプログラムに従って演算処理を行う。ECU4は、荷重センサ部60より入力される電荷と電圧信号とをAD変換部6にて高速A/D処理することにより駆動部70が伸長する際に作用する荷重を算出するとともに、算出した荷重や、各種センサから入力される信号に基づき、駆動部70へ与える充電制御信号などを生成する。   The ECU 4 includes an MPU 5, an AD conversion unit 6, a DSP 7, and the like. The ECU 4 includes a ROM, an EEPROM, a RAM, and the like (not shown). The MPU 5 performs arithmetic processing according to a program stored in the ROM. The ECU 4 calculates a load acting when the drive unit 70 extends by performing high-speed A / D processing on the charge and voltage signals input from the load sensor unit 60 in the AD conversion unit 6, and calculates the calculated load. In addition, based on signals input from various sensors, a charging control signal to be given to the driving unit 70 is generated.

次に、上記燃料供給装置1の作動を説明する。圧電アクチュエータ22の駆動部70が伸長していないとき、第二ピストン33は、制御弁18のバルブスプリング20の付勢力により第一ピストン32側に移動している。これにより、弁体19は、バルブ室53内の燃料圧力を受けて低圧燃料通路48の方向に移動して低圧側シート面54に着座し、バルブ室53と低圧燃料通路48との間の連通を遮断するとともに、バルブ室53と高圧連絡通路47との間を連通する。これにより、バルブ室53内の燃料圧力は、高圧燃料通路46の燃料圧力と等しくなり、バルブ室53と連通している制御室52内の燃料圧力は、高圧燃料通路46の燃料圧力と等しくなる。   Next, the operation of the fuel supply device 1 will be described. When the drive unit 70 of the piezoelectric actuator 22 is not extended, the second piston 33 is moved to the first piston 32 side by the biasing force of the valve spring 20 of the control valve 18. As a result, the valve body 19 receives the fuel pressure in the valve chamber 53, moves in the direction of the low pressure fuel passage 48 and is seated on the low pressure side seat surface 54, and the communication between the valve chamber 53 and the low pressure fuel passage 48 is established. The valve chamber 53 and the high-pressure communication passage 47 are communicated with each other. Thereby, the fuel pressure in the valve chamber 53 becomes equal to the fuel pressure in the high pressure fuel passage 46, and the fuel pressure in the control chamber 52 communicating with the valve chamber 53 becomes equal to the fuel pressure in the high pressure fuel passage 46. .

このとき、高圧燃料通路46の燃料圧力がニードル12の周囲に作用することによるニードル12に発生する開弁方向の力は、制御室52の燃料圧力がニードル12のピストン部14に作用することによるニードル12に発生する閉弁方向の力、およびノズルスプリング16の付勢力によるニードル12に発生する閉弁方向の力の合計よりも小さい。そのため、ニードル12のシート部13が弁座45に着座し、噴孔44からの燃料の噴射が停止する。   At this time, the force in the valve opening direction generated in the needle 12 due to the fuel pressure in the high-pressure fuel passage 46 acting around the needle 12 is due to the fuel pressure in the control chamber 52 acting on the piston portion 14 of the needle 12. It is smaller than the sum of the force in the valve closing direction generated at the needle 12 and the force in the valve closing direction generated at the needle 12 due to the urging force of the nozzle spring 16. Therefore, the seat portion 13 of the needle 12 is seated on the valve seat 45, and fuel injection from the injection hole 44 is stopped.

ECU4からの指令により圧電アクチュエータ22の駆動部70が伸長すると、駆動部70の伸長にともなって、第一ピストン32は液室34に向かって移動する。すると、液室34内の燃料圧力が上昇する。第二ピストン33は、上昇した燃料圧力を受けて弁体19側に向かって移動する。弁体19は、高圧連絡通路47の方向に移動して高圧側シート面55に着座し、バルブ室53と低圧燃料通路48との間を連通するとともに、バルブ室53と高圧連絡通路47との間の連通を遮断する。すると、制御室52内の燃料は、コモンオリフィス51、連絡通路50、バルブ室53、および低圧燃料通路48を介して燃料タンク10へ戻される。これにより、制御室52内の燃料圧力が低下する。   When the drive unit 70 of the piezoelectric actuator 22 is extended by a command from the ECU 4, the first piston 32 moves toward the liquid chamber 34 as the drive unit 70 is extended. Then, the fuel pressure in the liquid chamber 34 increases. The second piston 33 receives the increased fuel pressure and moves toward the valve body 19 side. The valve body 19 moves in the direction of the high-pressure communication passage 47 and is seated on the high-pressure side seat surface 55, and communicates between the valve chamber 53 and the low-pressure fuel passage 48, and between the valve chamber 53 and the high-pressure communication passage 47. Block communication between them. Then, the fuel in the control chamber 52 is returned to the fuel tank 10 via the common orifice 51, the communication passage 50, the valve chamber 53, and the low pressure fuel passage 48. As a result, the fuel pressure in the control chamber 52 decreases.

このとき、高圧燃料通路46の燃料圧力がニードル12の周囲に作用することによるニードル12に発生する開弁方向の力は、制御室52の燃料圧力がニードル12のピストン部14に作用することによる閉弁方向の力、およびノズルスプリング16の付勢力による閉弁方向の力の合計よりも大きい。そのため、ニードル12のシート部13が弁座45から離座し、噴孔44からの燃料の噴射が行われる。   At this time, the force in the valve opening direction generated in the needle 12 due to the fuel pressure in the high-pressure fuel passage 46 acting around the needle 12 is due to the fuel pressure in the control chamber 52 acting on the piston portion 14 of the needle 12. It is larger than the sum of the force in the valve closing direction and the force in the valve closing direction due to the urging force of the nozzle spring 16. Therefore, the seat portion 13 of the needle 12 is separated from the valve seat 45, and fuel is injected from the injection hole 44.

その後、再び駆動部70が収縮すると、駆動部70の収縮にともなって、第二ピストン33はバルブスプリング20の付勢力により第一ピストン32側に移動する。これにより、弁体19は、低圧側シート面54に着座し、バルブ室53と低圧燃料通路48との間の連通を遮断するとともに、バルブ室53と高圧連絡通路47との間を連通する。これにより、蓄圧器からの高圧燃料が高圧燃料通路46、高圧連絡通路47、バルブ室53、連絡通路50、およびコモンオリフィス51を介して制御室52に導入される。   Thereafter, when the drive unit 70 contracts again, the second piston 33 moves to the first piston 32 side by the urging force of the valve spring 20 as the drive unit 70 contracts. As a result, the valve body 19 is seated on the low pressure side seat surface 54, shuts off communication between the valve chamber 53 and the low pressure fuel passage 48, and communicates between the valve chamber 53 and the high pressure communication passage 47. As a result, the high pressure fuel from the pressure accumulator is introduced into the control chamber 52 via the high pressure fuel passage 46, the high pressure communication passage 47, the valve chamber 53, the communication passage 50, and the common orifice 51.

これにより、制御室52内の燃料圧力は再び上昇する。このため、ニードル12に発生する開弁方向の力は、ニードル12に発生する閉弁方向の力よりも小さくなり、ニードル12のシート部13が弁座45に着座する。その結果、噴孔44からの燃料の噴射が停止する。圧電アクチュエータ22の伸縮を繰り返すことにより、噴孔44からの燃料の噴射が断続される。   Thereby, the fuel pressure in the control chamber 52 rises again. Therefore, the force in the valve opening direction generated at the needle 12 is smaller than the force in the valve closing direction generated at the needle 12, and the seat portion 13 of the needle 12 is seated on the valve seat 45. As a result, fuel injection from the nozzle hole 44 is stopped. By repeatedly expanding and contracting the piezoelectric actuator 22, fuel injection from the injection hole 44 is interrupted.

次に、上記燃料供給装置1の圧電アクチュエータ22を駆動する際の制御について、図2、図3を用いて説明する。図2は、ECU4にて実行される制御処理を示すフローチャートである。図3は、その制御処理を行ったときの作動例を示すタイムチャートである。   Next, control when the piezoelectric actuator 22 of the fuel supply device 1 is driven will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a flowchart showing a control process executed by the ECU 4. FIG. 3 is a time chart showing an operation example when the control process is performed.

図2に示す処理は、燃料噴射弁2から燃料を噴射させることを許可する噴射許可信号がオンになると開始される。なお、噴射許可信号は、ECU4にてECU4に入力される各種センサからの信号に基づいて生成される。   The process shown in FIG. 2 is started when an injection permission signal for allowing fuel to be injected from the fuel injection valve 2 is turned on. The injection permission signal is generated by the ECU 4 based on signals from various sensors input to the ECU 4.

図2に示すように、噴射許可信号がオンすると、ステップS10(以下、単にS10という。他のステップについても同様とする。)では、駆動回路3の作動を制御するための充電制御信号を駆動回路3に出力する。   As shown in FIG. 2, when the injection permission signal is turned on, in step S10 (hereinafter simply referred to as S10, the same applies to other steps), a charge control signal for controlling the operation of the drive circuit 3 is driven. Output to circuit 3.

充電制御信号がオンしている間は、前述したスイッチング素子がオンされて駆動部70へ漸増する充電電流が流れ、また充電制御信号がオフになるとスイッチング素子がオフされてフライホイール作用で駆動部70へ漸減する充電電流が流れる。これにより、ピエゾ電圧は増加し続ける。   While the charge control signal is on, the aforementioned switching element is turned on and a charging current that gradually increases flows to the drive unit 70. When the charge control signal is turned off, the switching element is turned off and the drive unit is operated by the flywheel action. A charging current that gradually decreases to 70 flows. As a result, the piezo voltage continues to increase.

S20では、第一時刻Taと第二時刻Tbにおいて、駆動部70が発生している荷重(以下、ピエゾ荷重という)を荷重センサ部60から取得した電荷と電圧信号により検出する。   In S <b> 20, the load generated by the drive unit 70 (hereinafter referred to as a piezo load) at the first time Ta and the second time Tb is detected from the charge and voltage signals acquired from the load sensor unit 60.

ここで、図3の時刻T0は、駆動回路3から駆動部70へ充電電流の供給が開始された時刻である。以下、時刻T0を充電開始時刻という。第一時刻Taは、充電開始時刻T0から所定時間が経過したときであり、弁体19が低圧側シート面54から離座するタイミング近傍に予め設定されている。この第一時刻Taは、ECU4のROMに記憶されている。本実施形態では、この第一時刻Taで検出したピエゾ荷重Faを第一時刻荷重Faという。   Here, a time T0 in FIG. 3 is a time when the supply of the charging current from the drive circuit 3 to the drive unit 70 is started. Hereinafter, the time T0 is referred to as a charging start time. The first time Ta is when a predetermined time has elapsed from the charging start time T0, and is preset in the vicinity of the timing at which the valve body 19 is separated from the low-pressure side seat surface 54. This first time Ta is stored in the ROM of the ECU 4. In the present embodiment, the piezo load Fa detected at the first time Ta is referred to as a first time load Fa.

また、第二時刻Tbは、第一時刻Taからさらに所定時間が経過したときであり、弁体19が高圧側シート面55に着座する直前のタイミングに予め設定されている。この第二時刻Tbは、ECU4のROMに記憶されている。本実施形態では、この第二時刻Tbで検出したピエゾ荷重Fbを第二時刻荷重Fbという。   The second time Tb is a time when a predetermined time has elapsed from the first time Ta, and is set in advance at a timing immediately before the valve body 19 is seated on the high-pressure side seat surface 55. This second time Tb is stored in the ROM of the ECU 4. In the present embodiment, the piezo load Fb detected at the second time Tb is referred to as a second time load Fb.

S30では、第一時刻荷重Faと第二時刻荷重Fbとを比較して、弁体19が低圧側シート面54から離座しているか否かを判定する。   In S <b> 30, the first time load Fa and the second time load Fb are compared to determine whether or not the valve body 19 is separated from the low-pressure side seat surface 54.

ここで、弁体19が低圧側シート面54に着座している状態では、バルブ室53と低圧燃料通路48との圧力差により弁体19が低圧側シート面54側に付勢されるのに対し、弁体19が低圧側シート面54および高圧側シート面55の何れにも着座していない状態では、圧力差により弁体19が低圧側シート面54側に付勢される力は発生しない。したがって、Fa>Fbの場合、つまり、S30における判定がYESの場合は、弁体19が正常に作動していると判断し、S40に進む。   Here, in a state where the valve body 19 is seated on the low pressure side seat surface 54, the valve body 19 is urged toward the low pressure side seat surface 54 due to a pressure difference between the valve chamber 53 and the low pressure fuel passage 48. On the other hand, when the valve body 19 is not seated on either the low-pressure side seat surface 54 or the high-pressure side seat surface 55, no force is generated to bias the valve body 19 toward the low-pressure side seat surface 54 due to the pressure difference. . Therefore, if Fa> Fb, that is, if the determination in S30 is YES, it is determined that the valve body 19 is operating normally, and the process proceeds to S40.

S40では、弁体19が高圧側シート面55に着座してバルブ室53と高圧連絡通路47との間の連通を遮断したタイミングTc(以下、高圧側閉時刻という)を検出する。具体的には、弁体19が高圧側シート面55に着座するとピエゾ荷重が大きくなるので、第二時刻Tb以後においてピエゾ荷重が閾値Fcに達したときに、弁体19が高圧側シート面55に着座し、バルブ室53と高圧連絡通路47との間の連通を遮断したと推定する。   In S <b> 40, a timing Tc (hereinafter referred to as a high pressure side closing time) at which the valve body 19 is seated on the high pressure side seat surface 55 and the communication between the valve chamber 53 and the high pressure communication passage 47 is cut off is detected. Specifically, when the valve body 19 is seated on the high-pressure side seat surface 55, the piezo load increases. Therefore, when the piezo load reaches the threshold value Fc after the second time Tb, the valve body 19 moves to the high-pressure side seat surface 55. It is estimated that the communication between the valve chamber 53 and the high-pressure communication passage 47 is blocked.

弁体19が高圧側シート面55に着座した状態では、弁体19は高圧連絡通路47からの燃料圧力によって高圧側シート面55から離座する方向に付勢されるため、バルブ室53と高圧連絡通路47との間の連通を確実に遮断するには、燃料圧力が高くなるほど弁体19を高圧側シート面55に大きな力で押し付ける必要がある。   In a state where the valve body 19 is seated on the high pressure side seat surface 55, the valve body 19 is urged in a direction away from the high pressure side seat surface 55 by the fuel pressure from the high pressure communication passage 47, so In order to reliably block communication with the communication passage 47, it is necessary to press the valve body 19 against the high-pressure side seat surface 55 with a larger force as the fuel pressure increases.

したがって、閾値Fcは、蓄圧器内の燃料圧力が高くなるほど大きくするようにする。これにより、弁体19がバルブ室53と高圧連絡通路47との間の連通を実質的に遮断したタイミングを正確に検出することができる。この閾値Fcと蓄圧器との関係を定義したマップは、ECU4のROMに記憶されている。   Therefore, the threshold value Fc is increased as the fuel pressure in the accumulator increases. Thereby, the timing at which the valve body 19 substantially cuts off the communication between the valve chamber 53 and the high-pressure communication passage 47 can be accurately detected. A map defining the relationship between the threshold value Fc and the pressure accumulator is stored in the ROM of the ECU 4.

S50では、駆動部70への充電を開始してから弁体19がバルブ室53と高圧連絡通路47との間の連通を遮断するまでの時間ΔT(以下、制御弁応答時間という)を算出する。具体的には、制御弁応答時間ΔTは、充電開始時刻T0から高圧側閉時刻Tcまでの時間(ΔT=Tc−T0)である。   In S50, a time ΔT (hereinafter referred to as a control valve response time) from when charging of the drive unit 70 is started until the valve body 19 blocks communication between the valve chamber 53 and the high-pressure communication passage 47 is calculated. . Specifically, the control valve response time ΔT is the time from the charging start time T0 to the high-pressure side closing time Tc (ΔT = Tc−T0).

S60では、制御弁応答時間ΔTが、予め定めた許容範囲内(ΔTmin≦ΔT≦ΔTmax)にあるか否かを判定する。ΔTminは補正可能な制御弁応答時間ΔTの許容最小値であり、ΔTmaxは補正可能な制御応答時間ΔTの許容最大値である。   In S60, it is determined whether or not the control valve response time ΔT is within a predetermined allowable range (ΔTmin ≦ ΔT ≦ ΔTmax). ΔTmin is an allowable minimum value of the control valve response time ΔT that can be corrected, and ΔTmax is an allowable maximum value of the control response time ΔT that can be corrected.

本実施形態では、ピエゾ電圧の上昇速度Vc(以下、充電速度Vcという)を適宜補正することにより制御弁応答時間ΔTを目標制御弁応答時間ΔTpに一致させている。   In the present embodiment, the control valve response time ΔT is made to coincide with the target control valve response time ΔTp by appropriately correcting the increase speed Vc of the piezo voltage (hereinafter referred to as the charging speed Vc).

制御弁応答時間ΔTが許容範囲内にある場合、つまりS60における判定がYESの場合は、S70に進む。   If the control valve response time ΔT is within the allowable range, that is, if the determination in S60 is YES, the process proceeds to S70.

S70では、次回噴射時の充電速度Vcおよび次回噴射時の充電制御信号を算出する。具体的には、制御弁応答時間ΔTが目標制御弁応答時間ΔTpに一致するように、次回噴射時の充電速度Vcを次回噴射時の目標制御弁応答時間ΔTpに基づいて算出する。また、次回噴射時の充電速度Vcを実現するための補正後の充電制御信号を算出する。   In S70, the charging speed Vc at the next injection and the charge control signal at the next injection are calculated. Specifically, the charging speed Vc at the next injection is calculated based on the target control valve response time ΔTp at the next injection so that the control valve response time ΔT matches the target control valve response time ΔTp. Further, a corrected charge control signal for realizing the charging speed Vc at the next injection is calculated.

次回噴射時の目標制御弁応答時間ΔTpが今回噴射時の制御弁応答時間ΔTよりも短い場合には、次回噴射時の充電速度Vcを高くする。具体定期には、一点鎖線で示すように、次回噴射時における最初の充電制御信号のオン時間を長くして、駆動部70へ漸増する充電電流が流れる期間を長くする。この際、次回噴射時の合計の充電エネルギ量が今回噴射時の合計の充電エネルギ量と等しくなるように、次回噴射時における二回目以降の充電制御信号のオン時間を短くする。   When the target control valve response time ΔTp at the next injection is shorter than the control valve response time ΔT at the current injection, the charging speed Vc at the next injection is increased. Specifically, as indicated by the alternate long and short dash line, the on-time of the first charge control signal at the next injection is lengthened, and the period during which the gradually increasing charging current flows to the drive unit 70 is lengthened. At this time, the on-time of the second and subsequent charge control signals at the next injection is shortened so that the total charge energy amount at the next injection becomes equal to the total charge energy amount at the current injection.

一方、次回噴射時の目標制御弁応答時間ΔTpが今回噴射時の制御弁応答時間ΔTよりも長い場合には、次回噴射時における最初の充電制御信号のオン時間を短くして次回噴射時の充電速度Vcを低くする。充電速度Vcは、ECU4のROMに記憶された演算式にて算出される。充電速度Vcと充電制御信号との関係を定義したマップは、ECU4のROMに記憶されている。ECU4は、そのマップを用いて、次回噴射時の充電速度Vcに対応する充電制御信号を算出する。   On the other hand, when the target control valve response time ΔTp at the next injection is longer than the control valve response time ΔT at the current injection, the on-time of the first charge control signal at the next injection is shortened to charge at the next injection Reduce the speed Vc. The charging speed Vc is calculated by an arithmetic expression stored in the ROM of the ECU 4. A map defining the relationship between the charging speed Vc and the charging control signal is stored in the ROM of the ECU 4. The ECU 4 calculates a charge control signal corresponding to the charging speed Vc at the next injection using the map.

S80では、駆動部70の充電完了後、ピエゾ荷重が安定したときの第三時刻Tdにおけるピエゾ荷重F1(以下、充電後荷重F1という)を計測する。なお、第三時刻Tdは、ECU4のROMに記憶されている。   In S80, after the charging of the drive unit 70 is completed, a piezo load F1 (hereinafter referred to as a post-charge load F1) at the third time Td when the piezo load is stabilized is measured. The third time Td is stored in the ROM of the ECU 4.

S90では、充電後荷重F1と目標充電後荷重F0との荷重誤差ΔF(ΔF=F1−F0)を算出する。なお、目標充電後荷重F0は、ECU4のROMに記憶されている。   In S90, a load error ΔF (ΔF = F1−F0) between the post-charge load F1 and the target post-charge load F0 is calculated. The target post-charge load F0 is stored in the ROM of the ECU 4.

S100では、荷重誤差ΔFが所定範囲内(ΔFmin≦ΔF≦ΔFmax)にあるか否かを判定する。ΔFminは荷重誤差ΔFの許容最小値であり、ΔFmaxは荷重誤差ΔFの許容最大値である。本実施形態では、S70で求めた充電制御信号をさらに補正して充電エネルギ量を適宜補正することにより、充電後荷重F1を適切な大きさにする。   In S100, it is determined whether or not the load error ΔF is within a predetermined range (ΔFmin ≦ ΔF ≦ ΔFmax). ΔFmin is an allowable minimum value of the load error ΔF, and ΔFmax is an allowable maximum value of the load error ΔF. In the present embodiment, the post-charge load F1 is set to an appropriate magnitude by further correcting the charge control signal obtained in S70 and appropriately correcting the charge energy amount.

荷重誤差ΔFが所定範囲内にある場合、つまり、充電後荷重F1が許容荷重範囲内にある場合(S100がYES)は、S110に進む。S110では、今回の充電エネルギ量E0の値を保持し、次回噴射時の充電エネルギ量E1をE0とする。したがって、S70にて算出した充電制御信号は補正されず、次回噴射時の充電後荷重F1は変化しない。   When the load error ΔF is within the predetermined range, that is, when the post-charge load F1 is within the allowable load range (S100 is YES), the process proceeds to S110. In S110, the current charging energy amount E0 is held, and the charging energy amount E1 at the next injection is set to E0. Therefore, the charge control signal calculated in S70 is not corrected, and the post-charge load F1 at the next injection does not change.

一方、S100にて荷重誤差ΔFが所定範囲内に入っていない場合、つまりS100における判定がNOの場合、S120に進む。S120では、荷重誤差ΔFに基づいて、荷重誤差ΔFの関数である充電エネルギ補正値ΔEを算出する。荷重誤差ΔFと充電エネルギ補正値ΔEとの関係を定義したマップは、ECU4のROMに記憶されている。ECU4は、この定義されたマップを用いて充電エネルギ補正値ΔEを算出する。   On the other hand, if the load error ΔF is not within the predetermined range in S100, that is, if the determination in S100 is NO, the process proceeds to S120. In S120, a charging energy correction value ΔE that is a function of the load error ΔF is calculated based on the load error ΔF. A map defining the relationship between the load error ΔF and the charging energy correction value ΔE is stored in the ROM of the ECU 4. The ECU 4 calculates the charging energy correction value ΔE using this defined map.

S130では、充電エネルギ補正値ΔEが、予め規定された範囲内(ΔEmin≦ΔE≦ΔEmax)にあるか否かを判定する。ΔEminは充電エネルギ補正値ΔEの許容最小値であり、ΔEmaxは充電エネルギ補正値ΔEの許容最大値である。このΔEminおよびΔEmaxは、ECU4のROMに記憶されている。   In S130, it is determined whether or not the charge energy correction value ΔE is within a predetermined range (ΔEmin ≦ ΔE ≦ ΔEmax). ΔEmin is an allowable minimum value of the charging energy correction value ΔE, and ΔEmax is an allowable maximum value of the charging energy correction value ΔE. ΔEmin and ΔEmax are stored in the ROM of the ECU 4.

充電エネルギ補正値ΔEが範囲内にある場合、つまり、S130における判定がYESの場合、S140に進む。   If the charging energy correction value ΔE is within the range, that is, if the determination in S130 is YES, the process proceeds to S140.

S140では、次回噴射時の充電エネルギ量E1および次回噴射時の充電制御信号(補正後の充電制御信号)を算出する。   In S140, a charge energy amount E1 at the next injection and a charge control signal (corrected charge control signal) at the next injection are calculated.

具体的には、今回噴射時の充電エネルギ量E0に充電エネルギ補正値ΔEを加算した値を、次回噴射時の充電エネルギ量E1とする。また、次回噴射時の充電エネルギ量E1を実現するために、S70にて算出した充電制御信号をさらに補正する。   Specifically, a value obtained by adding the charging energy correction value ΔE to the charging energy amount E0 at the current injection is set as the charging energy amount E1 at the next injection. Further, in order to realize the charging energy amount E1 at the next injection, the charging control signal calculated in S70 is further corrected.

例えば、充電エネルギ補正値ΔEが正の場合は、S70にて算出した充電制御信号における最後の充電制御信号のオン時間を長くする。充電エネルギ補正値ΔEが負の場合は、S70にて算出した充電制御信号における最後の充電制御信号のオン時間を短くする。   For example, when the charge energy correction value ΔE is positive, the on-time of the last charge control signal in the charge control signal calculated in S70 is lengthened. When the charge energy correction value ΔE is negative, the on-time of the last charge control signal in the charge control signal calculated in S70 is shortened.

次回噴射時の充電エネルギ量E1と充電制御信号の補正量との関係を定義したマップはECU4のROMに記憶されている。ECU4は、この定義されたマップを用いて充電制御信号の補正量を算出する。   A map defining the relationship between the charging energy amount E1 at the next injection and the correction amount of the charging control signal is stored in the ROM of the ECU 4. The ECU 4 calculates the correction amount of the charge control signal using this defined map.

次回のS10では、S70にて算出した充電制御信号、あるいはS140にてさらに補正した充電制御信号を、駆動回路3に出力する。   In the next S10, the charge control signal calculated in S70 or the charge control signal further corrected in S140 is output to the drive circuit 3.

S140にて補正した充電制御信号に基づいて駆動部70への充電を制御することにより、充電後荷重F1が許容荷重範囲内に調整されるため、高圧側シート面55への弁体19の押し付け荷重が不足することによるシール不良を防止できるとともに、過大な押し付け荷重による弁体19や高圧側シート面55の摩耗を防止ないしは抑制することができる。   By controlling the charging of the drive unit 70 based on the charging control signal corrected in S140, the post-charging load F1 is adjusted within the allowable load range, so that the valve element 19 is pressed against the high-pressure side seat surface 55. It is possible to prevent seal failure due to insufficient load, and to prevent or suppress wear of the valve body 19 and the high-pressure side seat surface 55 due to excessive pressing load.

S110またはS140に続いて実行されるS150では、噴射許可信号がオフとなったか否かが判定される。S150にて噴射許可信号がオフしていないと判定されると、引き続き噴射許可信号がオフされたか否かの判定が繰り返される。S150にて噴射許可信号がオフされたと判定されるとS160に進む。   In S150 executed following S110 or S140, it is determined whether or not the injection permission signal is turned off. If it is determined in S150 that the injection permission signal is not turned off, the determination of whether or not the injection permission signal is turned off is repeated. If it is determined in S150 that the injection permission signal is turned off, the process proceeds to S160.

S160では、放電制御信号を駆動回路3に出力して、駆動部70に充電された電荷を周知の方法で放電させる。これにより、弁体19が高圧側シート面55から離座してバルブ室53と高圧連絡通路47との間が連通するとともに、弁体19が低圧側シート面54に着座してバルブ室53と低圧燃料通路48との間の連通が遮断され、燃料の噴射が停止する。本フローは、S160の処理を実行後、終了する。   In S160, a discharge control signal is output to the drive circuit 3, and the charge charged in the drive unit 70 is discharged by a known method. Accordingly, the valve body 19 is separated from the high pressure side seat surface 55 so that the valve chamber 53 and the high pressure communication passage 47 communicate with each other, and the valve body 19 is seated on the low pressure side seat surface 54 to Communication with the low-pressure fuel passage 48 is cut off, and fuel injection stops. This flow ends after executing the processing of S160.

なお、S30がNOの場合、すなわちFa≦Fbの場合、S60がNOの場合、すなわちΔTmin>ΔT>ΔTmaxの場合、S130がNOの場合、すなわちΔEmin>ΔE>ΔEmaxの場合は、駆動部70や変位伝達部30の異常などによる制御弁18の作動不良と判定し、S170に進む。   When S30 is NO, that is, when Fa ≦ Fb, when S60 is NO, that is, when ΔTmin> ΔT> ΔTmax, when S130 is NO, that is, when ΔEmin> ΔE> ΔEmax, It is determined that the control valve 18 is malfunctioning due to an abnormality in the displacement transmission unit 30 and the like, and the process proceeds to S170.

S170では、S30、S60、S130で異常と判定した燃料噴射弁2がどの気筒の燃料噴射弁2であるかの情報を、ECU4のEEPROMに記憶するとともに、その気筒の燃料噴射を停止する処置をする。   In S170, information on which cylinder of the fuel injection valve 2 determined to be abnormal in S30, S60, and S130 is stored in the EEPROM of the ECU 4, and a process of stopping the fuel injection of the cylinder is performed. To do.

駆動部70への充電を開始してから噴射が開始されるまでの時間のうち、駆動部70への充電を開始してから弁体19がバルブ室53と高圧連絡通路47との間の連通を遮断するまでの時間は駆動部70の特性の影響を受けるが、弁体19がバルブ室53と高圧連絡通路47との間の連通を遮断してから噴射が開始されるまでの時間は駆動部70の特性の影響を受けない。   The communication between the valve body 19 and the valve chamber 53 and the high-pressure communication passage 47 after the charging of the driving unit 70 is started in the time from when charging of the driving unit 70 is started until the injection is started. The time until the valve is shut off is affected by the characteristics of the drive unit 70, but the time from when the valve body 19 shuts off the communication between the valve chamber 53 and the high pressure communication passage 47 until the injection is started is driven. It is not affected by the characteristics of the unit 70.

したがって、S70にて算出した充電制御信号に基づいて駆動部70への充電を制御することにより、駆動部70の特性の個体間ばらつきや経時劣化にかかわらず、駆動部70への充電を開始してから弁体19がバルブ室53と高圧連絡通路47との間の連通を遮断するまでの制御弁応答時間ΔTを目標制御弁応答時間ΔTpに一致させることができる。これによれば、駆動部70の特性の個体間ばらつきや経時劣化にかかわらず、噴射開始時期や噴射量を精度良く制御することができる。   Therefore, by controlling the charging of the driving unit 70 based on the charging control signal calculated in S70, the charging of the driving unit 70 is started regardless of the individual variation of the characteristics of the driving unit 70 or deterioration with time. After that, the control valve response time ΔT from when the valve body 19 is disconnected to the communication between the valve chamber 53 and the high-pressure communication passage 47 can be matched with the target control valve response time ΔTp. According to this, it is possible to control the injection start timing and the injection amount with high accuracy irrespective of the individual variation of the characteristics of the drive unit 70 and the deterioration over time.

次に、本実施形態の特徴部分について、図4から図8を用いて詳細に説明する。   Next, the characteristic part of this embodiment is demonstrated in detail using FIGS. 4-8.

図4は、図1における圧電アクチュエータ22の圧電体ユニット23の斜視図である。図5は、圧電体ユニット23の断面図である。図6は、圧電体ユニット23の一部を拡大した断面図である。   4 is a perspective view of the piezoelectric unit 23 of the piezoelectric actuator 22 in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of the piezoelectric unit 23. FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a part of the piezoelectric unit 23.

図4に示すように、圧電体ユニット23は、ピエゾ素子層61、71、81と内部電極層62a、62b、72a、72bとを積層させたものである。圧電アクチュエータ22の外観は、八角柱となっている。   As shown in FIG. 4, the piezoelectric unit 23 is formed by stacking piezoelectric element layers 61, 71, 81 and internal electrode layers 62a, 62b, 72a, 72b. The appearance of the piezoelectric actuator 22 is an octagonal prism.

圧電体ユニット23の上端部には、複数のピエゾ素子層61と、それらのピエゾ素子層61を挟む複数の内部電極層62a、62bからと構成される荷重センサ部60が形成されている。荷重センサ部60よりも下方には、複数のピエゾ素子層71と、それらのピエゾ素子層71を挟む複数の内部電極層72a、72bとから構成される駆動部70が、同じくピエゾ素子層81からなる接続層80を介して形成されている。なお、荷重センサ部60は、少なくとも一層のピエゾ素子層61と、そのピエゾ素子層61を挟む少なくとも一対の内部電極層62a、62bを有しておれば良い。   At the upper end portion of the piezoelectric unit 23, a load sensor unit 60 including a plurality of piezo element layers 61 and a plurality of internal electrode layers 62a and 62b sandwiching the piezo element layers 61 is formed. Below the load sensor unit 60, a driving unit 70 including a plurality of piezo element layers 71 and a plurality of internal electrode layers 72 a and 72 b sandwiching the piezo element layers 71 is also formed from the piezo element layers 81. The connection layer 80 is formed. The load sensor unit 60 may include at least one piezo element layer 61 and at least a pair of internal electrode layers 62a and 62b sandwiching the piezo element layer 61.

図1に示すように、圧電体ユニット23は、荷重センサ部60が、ボデー40の軸方向他端側に形成されているアクチュエータ室56の軸方向他端側の固定端57に直接的、または間接的に当接するように収容されている。   As shown in FIG. 1, the piezoelectric unit 23 has a load sensor 60 directly on a fixed end 57 on the other axial end side of the actuator chamber 56 formed on the other axial end side of the body 40, or It is accommodated so as to contact indirectly.

圧電体ユニット23の一方の側面には、荷重センサ部60の正極側外部電極65aおよび駆動部70の正極側外部電極75aが設けられている。これら正極側外部電極65a、75aが設けられている上記一方の側面の反対側の側面である他方の側面には、荷重センサ部60の負極側外部電極65bおよび駆動部70の負極側外部電極75bが設けられている。   On one side surface of the piezoelectric unit 23, a positive electrode side external electrode 65 a of the load sensor unit 60 and a positive electrode side external electrode 75 a of the drive unit 70 are provided. The negative side external electrode 65b of the load sensor unit 60 and the negative side external electrode 75b of the drive unit 70 are provided on the other side surface, which is the side surface opposite to the one side surface on which the positive electrode side external electrodes 65a and 75a are provided. Is provided.

正極側外部電極65aは、駆動回路3における荷重センサ部60にて発生した荷重信号を受け取る一対の端子のうち、電位の高い側の端子に接続され、負極側外部電極65bは、もう一方の電位の低い側の端子に接続されている(図示せず)。   The positive external electrode 65a is connected to the higher potential terminal of the pair of terminals that receive the load signal generated by the load sensor unit 60 in the drive circuit 3, and the negative external electrode 65b is connected to the other potential. (Not shown).

正極側外部電極75aは、駆動回路3における駆動部70に電圧を印加するための一対の端子のうち、電位の高い側の端子に接続され、負極側外部電極75bは、もう一方の電位の低い側の端子に接続されている(図示せず)。   The positive external electrode 75a is connected to the higher potential terminal of the pair of terminals for applying a voltage to the drive unit 70 in the drive circuit 3, and the negative external electrode 75b is the other low potential. Is connected to a terminal on the side (not shown).

荷重センサ部60の正極側、負極側外部電極65a、65bと駆動部70の正極側、負極側外部電極75a、75bは、それぞれ同一側面上に設ける必要は無い。図7に示すように、正極側、負極側外部電極65a、65bの配置と、正極側、負極側外部電極75a、75bの配置とが90度ずれて設けられていても良い。   The positive electrode side and negative electrode side external electrodes 65a and 65b of the load sensor unit 60 and the positive electrode side and negative electrode side external electrodes 75a and 75b of the drive unit 70 do not need to be provided on the same side surface. As shown in FIG. 7, the arrangement of the positive and negative external electrodes 65a and 65b and the arrangement of the positive and negative external electrodes 75a and 75b may be offset by 90 degrees.

図5、図6に示すように、荷重センサ部60における内部電極層62a、62bは、それぞれ圧電体ユニット23の上記一方の側面と上記他方の側面に露出する電極露出部64a、64bを有している。内部電極層62a、62bは、電極露出部64a、64bを介して上記一対の正極側、負極側外部電極65a、65bのいずれか一方に接続する。内部電極層62a、62bは、一層おきに交互にその接続先の外部電極65a、65bを変更する。   As shown in FIGS. 5 and 6, the internal electrode layers 62a and 62b in the load sensor unit 60 have electrode exposed portions 64a and 64b exposed on the one side surface and the other side surface of the piezoelectric unit 23, respectively. ing. The internal electrode layers 62a and 62b are connected to one of the pair of positive electrode side and negative electrode side external electrodes 65a and 65b through the electrode exposed portions 64a and 64b. The internal electrode layers 62a and 62b change the connection-destination external electrodes 65a and 65b alternately every other layer.

一方の駆動部70における内部電極層72a、72bも、上記荷重センサ部60における内部電極層62a、62bと同様に、上記一方の側面と上記他方の側面に露出する電極露出部74a、74bを有している。内部電極層72a、72bは、電極露出部74a、74bを介して上記一対の正極側、負極側外部電極75a、75bのいずれか一方に接続する。内部電極層72a、72bは、一層おきに交互にその接続先の外部電極75a、75bを変更する。   Similarly to the internal electrode layers 62a and 62b in the load sensor unit 60, the internal electrode layers 72a and 72b in the one drive unit 70 also have electrode exposed portions 74a and 74b exposed on the one side surface and the other side surface. is doing. The internal electrode layers 72a and 72b are connected to one of the pair of positive electrode side and negative electrode side external electrodes 75a and 75b via the electrode exposed portions 74a and 74b. The internal electrode layers 72a and 72b alternately change the connection destination external electrodes 75a and 75b every other layer.

本実施形態では、圧電体ユニット23は、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)などのセラミック原料からなるピエゾ素子層61、71、81と、Ag/Pd合金からなる内部電極層62a、62b、72a、72bを上述した配置となるように積層させた後、焼成させることにより完全に一体化した一体積層型の焼成物としたものである。   In the present embodiment, the piezoelectric unit 23 includes piezoelectric element layers 61, 71, 81 made of a ceramic material such as lead zirconate titanate (PZT), and internal electrode layers 62a, 62b, 72a made of an Ag / Pd alloy. 72b is laminated so as to have the above-described arrangement, and then fired to obtain an integrally laminated fired product that is completely integrated.

本実施形態では、荷重センサ部60における内部電極層62a、62bのうち、駆動部70に最も近いセンサ部側終端内部電極層63は、負極側外部電極65bに接続させている。一方、駆動部70における内部電極層72a、72bのうち、荷重センサ部60に最も近い駆動部側終端内部電極層73は、負極側外部電極75bに接続させている。   In the present embodiment, of the internal electrode layers 62a and 62b in the load sensor unit 60, the sensor unit side terminal internal electrode layer 63 closest to the drive unit 70 is connected to the negative electrode side external electrode 65b. On the other hand, of the internal electrode layers 72a and 72b in the drive unit 70, the drive unit side terminal internal electrode layer 73 closest to the load sensor unit 60 is connected to the negative electrode side external electrode 75b.

センサ部側終端内部電極層63および駆動部側終端内部電極層73は、いずれも負極側の電極層となっている。両終端内部電極層63、73の間には、接続層80が介在している。   The sensor unit side termination internal electrode layer 63 and the drive unit side termination internal electrode layer 73 are both negative electrode layers. A connection layer 80 is interposed between both terminal internal electrode layers 63 and 73.

ここで、図1に示すように駆動部70に充電電流を供給すると、駆動部70におけるピエゾ素子層71が積層方向に伸長する。駆動部70が積層方向に伸長する際、荷重センサ部60には、図8に示すように、駆動部70が発生する荷重に応じた電圧信号が発生する。発生する電圧は、0Vから50V程度である。   Here, when a charging current is supplied to the driving unit 70 as shown in FIG. 1, the piezo element layer 71 in the driving unit 70 extends in the stacking direction. When the drive unit 70 extends in the stacking direction, a voltage signal corresponding to the load generated by the drive unit 70 is generated in the load sensor unit 60 as shown in FIG. The generated voltage is about 0V to 50V.

本実施形態では、上述したように両終端内部電極層63、73がいずれも負極側外部電極層65b、75bに接続されているため、両終端内部電極層63、73の極性は負側となる。このため、駆動部70に充電電流を供給し、荷重センサ部60に電荷と電圧信号は発生した状態であっても、両終端内部電極層63、73間の電位差が非常に小さくなる。   In the present embodiment, as described above, both the terminal internal electrode layers 63 and 73 are connected to the negative external electrode layers 65b and 75b. Therefore, the polarities of the terminal internal electrode layers 63 and 73 are on the negative side. . For this reason, even when a charge current is supplied to the drive unit 70 and a charge and voltage signal are generated in the load sensor unit 60, the potential difference between the terminal internal electrode layers 63 and 73 becomes very small.

駆動部70に充電電流を供給すべく、ピエゾ素子層71に約150V程度の高電圧を印加しても、両終端内部電極層63、73の極性が負側であるため、駆動部70から荷重センサ部60への電気リークを抑えられる。このとき、荷重センサ部60のピエゾ素子層61には、数10V程度の電圧信号が発生している。荷重センサ部60への電気リークを抑えられるため、荷重センサ部60における内部電極層62a、62bから取り出される駆動部70の荷重に相当する電圧信号等に電気的なノイズがのるという問題を解消することができ、荷重センサ部60の検出精度を向上できる。   Even if a high voltage of about 150 V is applied to the piezo element layer 71 in order to supply a charging current to the driving unit 70, the polarities of both terminal internal electrode layers 63 and 73 are on the negative side. Electric leakage to the sensor unit 60 can be suppressed. At this time, a voltage signal of about several tens of volts is generated in the piezo element layer 61 of the load sensor unit 60. Since electric leakage to the load sensor unit 60 can be suppressed, the problem that electrical noise is applied to the voltage signal corresponding to the load of the drive unit 70 taken out from the internal electrode layers 62a and 62b in the load sensor unit 60 is solved. The detection accuracy of the load sensor unit 60 can be improved.

これにより、図3の制御フローにおけるS20、S40、S80でのピエゾ荷重の検出精度が格段に向上する。このため、作動状態を確実に把握することが可能となる。その結果、制御弁応答時間ΔTの検出精度が向上するため、噴射開始時期や噴射量をより精度良く制御することができる。   Thereby, the detection accuracy of the piezo load in S20, S40, and S80 in the control flow of FIG. 3 is remarkably improved. For this reason, it becomes possible to grasp | ascertain an operating state reliably. As a result, since the detection accuracy of the control valve response time ΔT is improved, the injection start timing and the injection amount can be controlled with higher accuracy.

また、荷重センサ部60への電気リークを抑えられるため、荷重センサ部60と駆動部70とを接続する接続層80にピエゾ素子層81以外の例えば絶縁層などを設ける必要がなくなる。すなわち、本実施形態のように接続層80をピエゾ素子層81のみとすることができ、圧電アクチュエータ22の製造コストの上昇を抑制できる。圧電アクチュエータ22の燃料噴射弁2に使用した場合、燃料噴射弁2の製造コストの上昇を抑制できる。   Further, since electrical leakage to the load sensor unit 60 can be suppressed, it is not necessary to provide, for example, an insulating layer other than the piezo element layer 81 in the connection layer 80 that connects the load sensor unit 60 and the drive unit 70. That is, the connection layer 80 can be the piezo element layer 81 only as in this embodiment, and an increase in the manufacturing cost of the piezoelectric actuator 22 can be suppressed. When used for the fuel injection valve 2 of the piezoelectric actuator 22, an increase in the manufacturing cost of the fuel injection valve 2 can be suppressed.

本実施形態では、接続層80をピエゾ素子層81のみとしたが、両終端内部電極層63、73の極性を負側とするという技術を採用すれば、スペーサを用いる場合であっても、このスペーサを極力薄くすることができ、製造コストの上昇を抑制できる。   In the present embodiment, the connection layer 80 is only the piezo element layer 81. However, if a technique is adopted in which the polarities of both terminal internal electrode layers 63 and 73 are set to the negative side, even if a spacer is used, The spacer can be made as thin as possible, and an increase in manufacturing cost can be suppressed.

また、本実施形態では、荷重センサ部60を駆動部70のいずれかの端部に形成している。このため、圧電体ユニット23の製造が容易となり製造コストの上昇を抑制できる。   In the present embodiment, the load sensor unit 60 is formed at one end of the drive unit 70. For this reason, the manufacture of the piezoelectric body unit 23 becomes easy, and an increase in manufacturing cost can be suppressed.

両終端内部電極層63、73の極性を負側同士とすることにより、製造コストの上昇を抑制でき、かつ荷重センサ部60における検出精度を向上させることができ圧電アクチュエータ22を提供することができる。   By setting the polarities of both terminal internal electrode layers 63 and 73 to the negative side, an increase in manufacturing cost can be suppressed, and the detection accuracy in the load sensor unit 60 can be improved, and the piezoelectric actuator 22 can be provided. .

また、本実施形態では、図1に示すように、圧電体ユニット23を荷重センサ部60がアクチュエータ室56の軸方向他端側の固定端57に直接的、または間接的に当接するように収容されている。これによれば、弁体19が低圧側シート面54から離座する第一時刻Taにおける第一時刻荷重Faと、弁体19が高圧側シート面55に着座する直前の第二時刻Tbにおける第二時刻荷重Fbとの差、および第二時刻荷重Fbと、弁体19が高圧側シート面55に着座してバルブ室53と高圧連絡通路47との間の連通を遮断した高圧側閉時刻Tcにおける閾値Fcとの差を、荷重センサ部60をアクチュエータ室56の軸方向一端側に設けた場合に比べ大きくすることができる(図1、図3参照)。このため、弁体19がどういった状態(低圧側シート面54からの離座、高圧側シート面55への着座、バルブ室53と高圧連絡通路47との間の連通の遮断)にあるのかの検出精度が向上する。   Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the piezoelectric body unit 23 is accommodated so that the load sensor unit 60 directly or indirectly contacts the fixed end 57 on the other axial end side of the actuator chamber 56. Has been. According to this, the first time load Fa at the first time Ta when the valve body 19 is separated from the low pressure side seat surface 54 and the second time Tb immediately before the valve body 19 is seated on the high pressure side seat surface 55. The difference from the two-time load Fb, the second time load Fb, and the high-pressure side closing time Tc when the valve body 19 is seated on the high-pressure side seat surface 55 and the communication between the valve chamber 53 and the high-pressure communication passage 47 is blocked. The difference from the threshold value Fc can be made larger than when the load sensor unit 60 is provided on one end side in the axial direction of the actuator chamber 56 (see FIGS. 1 and 3). For this reason, the state of the valve body 19 (separation from the low-pressure side seat surface 54, seating on the high-pressure side seat surface 55, interruption of communication between the valve chamber 53 and the high-pressure communication passage 47). Detection accuracy is improved.

次に、荷重センサ部60をアクチュエータ室56の軸方向一端側(変位伝達部30側)に配置させた場合と、アクチュエータ室56の軸方向他端側(固定端57側)に配置させた場合のピエゾ荷重の変化を説明する。   Next, when the load sensor unit 60 is disposed on one axial end side (displacement transmitting unit 30 side) of the actuator chamber 56 and when it is disposed on the other axial end side (fixed end 57 side) of the actuator chamber 56. The change of the piezo load is explained.

図9は、図3のタイムチャートうち、ピエゾ荷重の部分のみのタイムチャートを取出して示したものである。図中、実線は本実施形態を示し、破線は比較例を示している。   FIG. 9 is a time chart of only the piezo load portion extracted from the time chart of FIG. In the figure, a solid line indicates the present embodiment, and a broken line indicates a comparative example.

図9かも明らかなように、本実施形態では、第一時刻Taにおける第一時刻荷重Faと第二時刻Tbにおける第二時刻荷重Fbとの差、および第二時刻荷重Fbと高圧側閉時刻Tcにおける閾値Fcとの差が、破線で示す比較例に比べ大きくなっている。   As is apparent from FIG. 9, in this embodiment, the difference between the first time load Fa at the first time Ta and the second time load Fb at the second time Tb, and the second time load Fb and the high-pressure side closing time Tc. The difference from the threshold value Fc is larger than that of the comparative example indicated by the broken line.

荷重センサ部60がアクチュエータ室56の軸方向他端側に位置していると、軸方向一端側に位置しているものと比べ、荷重の損失が無いため、第一時刻荷重Faおよび閾値Fcの荷重が大きくなる。荷重センサ部60がアクチュエータ室56の軸方向一端側に位置していると、荷重センサ部60の端面に変位伝達部30や液室34や各種スプリング20、35、36の可動部材が存在しているため、これらの部材により荷重の損失が発生し、第一時刻荷重Fa、閾値Fcが本実施形態のものと比べ低くなると考えられる。一方、第二時刻Tbでは、荷重センサ部60の両端から荷重がある程度作用してしまうため、第二時刻荷重Fbが本実施形態のものと比べ高くなってしまうと考えられる。   When the load sensor unit 60 is located on the other end side in the axial direction of the actuator chamber 56, there is no load loss compared to the one located on the one end side in the axial direction. The load increases. When the load sensor unit 60 is positioned on one end side in the axial direction of the actuator chamber 56, the displacement transmission unit 30, the liquid chamber 34, and the movable members of the various springs 20, 35, and 36 exist on the end surface of the load sensor unit 60. Therefore, load loss is generated by these members, and the first time load Fa and the threshold value Fc are considered to be lower than those of the present embodiment. On the other hand, at the second time Tb, the load is applied to some extent from both ends of the load sensor unit 60, so the second time load Fb is considered to be higher than that of the present embodiment.

このため、本実施形態のように荷重センサ部60をアクチュエータ室56の固定端57側に直接的または間接的に当接させることにより、第一時刻荷重Faと第二時刻荷重Fbとの差、および第二時刻荷重Fbと閾値Fcとの差を大きくすることができる。   For this reason, the difference between the first time load Fa and the second time load Fb is achieved by bringing the load sensor unit 60 into direct or indirect contact with the fixed end 57 side of the actuator chamber 56 as in the present embodiment. In addition, the difference between the second time load Fb and the threshold value Fc can be increased.

次に、本実施形態の圧電体ユニット23の製造方法を、図10から図16を用いて説明する。   Next, a method for manufacturing the piezoelectric unit 23 of this embodiment will be described with reference to FIGS.

本実施形態における圧電体ユニット23は、グリーンシート作製工程、電極印刷工程、焼失スリット印刷工程、圧着工程、積層体切断工程、焼成工程、絶縁樹脂配設工程、および分極工程を経て製造される。以下、製造工程ごとに説明する。   The piezoelectric unit 23 in the present embodiment is manufactured through a green sheet manufacturing process, an electrode printing process, a burnout slit printing process, a pressure bonding process, a laminate cutting process, a baking process, an insulating resin arranging process, and a polarization process. Hereinafter, each manufacturing process will be described.

(グリーンシート作製工程)
まず、ピエゾ素子材料となるジルコン酸チタン酸鉛(PZT)などのセラミック原料粉末を準備した。具体的には、出発原料としてPb、SrCO、ZrO、TiO、YおよびNbを準備し、これらの出発原料を目的組成PbZrO−PbTiO−Pb(Y1/2Nb1/2)Oとなるような化学量論比で秤量し、湿式混合し、温度850℃で5時間仮焼した。
(Green sheet production process)
First, a ceramic raw material powder such as lead zirconate titanate (PZT) serving as a piezoelectric element material was prepared. Specifically, Pb 3 O 4 , SrCO 3 , ZrO 2 , TiO 2 , Y 2 O 3 and Nb 2 O 5 are prepared as starting materials, and these starting materials are used as the target composition PbZrO 3 —PbTiO 3 —Pb ( Y 1/2 Nb 1/2 ) O 3 was weighed in a stoichiometric ratio, wet mixed, and calcined at a temperature of 850 ° C. for 5 hours.

次に仮焼粉をパールミルにより湿式粉砕した。この仮焼粉粉砕物(粒径(D50値):0.7±0.05μm)を乾燥した後、溶剤、バインダ、可塑剤、分散剤などを加えてボールミルにより混合し、得られたスラリーを真空装置内で攪拌機により攪拌しながら真空脱泡、粘度調整をした。   Next, the calcined powder was wet pulverized by a pearl mill. After drying this calcined powder pulverized product (particle size (D50 value): 0.7 ± 0.05 μm), a solvent, a binder, a plasticizer, a dispersant, etc. are added and mixed by a ball mill, and the resulting slurry is obtained. While stirring with a stirrer in a vacuum apparatus, vacuum defoaming and viscosity adjustment were performed.

そして、ドクターブレード法により、上記スラリーをキャリアフィルム上に塗布し、厚さ80μmの長尺のグリーンシートを成形した。このグリーンシートを所定の大きさに切断して、幅広のグリーンシート100を作製した。   And the said slurry was apply | coated on the carrier film with the doctor blade method, and the 80-micrometer-thick green sheet | seat was shape | molded. The green sheet was cut into a predetermined size to produce a wide green sheet 100.

なお、グリーンシートの成形方法としては、本実施形態で用いたドクターブレード法のほか、押し出し成形法やその他種々の方法を採用することができる。   In addition to the doctor blade method used in the present embodiment, an extrusion molding method and various other methods can be employed as a green sheet molding method.

(電極印刷工程)
次に、図10、図11の如く、グリーンシート100上に内部電極層62a、62b、72a、72bとなる電極材料101a、101bを印刷し、第一電極印刷シート110aおよび第二電極印刷シート110bの二種類のシートを形成した。
(Electrode printing process)
Next, as shown in FIGS. 10 and 11, electrode materials 101a and 101b to be the internal electrode layers 62a, 62b, 72a and 72b are printed on the green sheet 100, and the first electrode printed sheet 110a and the second electrode printed sheet 110b are printed. Two types of sheets were formed.

第一電極印刷シート110aの形成に当たっては、図10に示す如く、グリーンシート100上の印刷領域102において、最終的に内部電極層62a、72aとなる部分に電極材料101aを印刷して、第一電極印刷シート110aを形成した。   In forming the first electrode print sheet 110a, as shown in FIG. 10, in the print region 102 on the green sheet 100, the electrode material 101a is printed on the portions that will eventually become the internal electrode layers 62a and 72a. An electrode print sheet 110a was formed.

第二電極印刷シート110bの形成に当たっては、第一電極印刷シート110aと同様に、図11に示す如く、グリーンシート100上の印刷領域102において、内部電極層62b、72bとなる部分に電極材料101bを印刷して、第二電極印刷シート110bを形成した。   In forming the second electrode print sheet 110b, as in the first electrode print sheet 110a, as shown in FIG. 11, in the print region 102 on the green sheet 100, the electrode material 101b is formed on the portions to be the internal electrode layers 62b and 72b. Was printed to form a second electrode printed sheet 110b.

第一電極印刷シート110aおよび第二電極印刷シート110bにおいては、グリーンシート100上に形成された電極材料101a、101bがそれぞれ異なる前述の一方の側面および他方の側面に露出している。   In the first electrode printed sheet 110a and the second electrode printed sheet 110b, the electrode materials 101a and 101b formed on the green sheet 100 are exposed on the aforementioned one side surface and the other side surface, respectively.

本実施形態では、電極材料101a、101bとして、ペースト状のAg/Pd合金を用いた。電極材料101a、101bとしては、上記以外にも、Ag、Pd、Cu、Niなどの単体金属、Cu/Niなどの合金を用いても良い。   In this embodiment, paste-like Ag / Pd alloys are used as the electrode materials 101a and 101b. As the electrode materials 101a and 101b, in addition to the above, simple metals such as Ag, Pd, Cu, and Ni, and alloys such as Cu / Ni may be used.

(焼失スリット印刷工程)
本実施形態では、図13に示すように、製造しようとする圧電体ユニット23のピエゾ素子層71の側面にスリット溝部120を設けている。なお、図4から図6に示す圧電体ユニット23では、説明上、スリット溝部120の記載を省略している。このスリット溝部120は、圧電アクチュエータ22を作動させるときに発生する内部応力を緩和する機能を持っている。スリット溝部120は、上述の第一電極印刷シート110aと第二電極印刷シート110bとの間にこの工程で形成する焼失スリット印刷シート111を挟み込むことにより形成する。
(Burn slit printing process)
In this embodiment, as shown in FIG. 13, the slit groove part 120 is provided in the side surface of the piezoelectric element layer 71 of the piezoelectric unit 23 to be manufactured. In addition, in the piezoelectric body unit 23 shown in FIGS. 4 to 6, the description of the slit groove 120 is omitted for the sake of explanation. The slit groove 120 has a function of relieving internal stress generated when the piezoelectric actuator 22 is operated. The slit groove 120 is formed by sandwiching the burned slit print sheet 111 formed in this step between the first electrode print sheet 110a and the second electrode print sheet 110b.

図12に示す如く、上記のグリーンシート100上の印刷領域102において、最終的にスリット溝部120となる部分に焼成によって焼失する焼失材料よりなる焼失スリット層112を印刷し、焼失スリット印刷シート111を形成した。   As shown in FIG. 12, in the printing region 102 on the green sheet 100, a burned slit layer 112 made of a burned material that is burned off by baking is printed on a portion that finally becomes the slit groove portion 120. Formed.

電極印刷工程および焼失スリット印刷工程では、図10から図12に示す如く、後工程の積層体切断工程において切断される部分を避けるように間隙103を設けて、電極材料101a、101b、および焼失スリット層112の印刷を行う。   In the electrode printing process and the burnout slit printing process, as shown in FIGS. 10 to 12, the gap 103 is provided so as to avoid the portion to be cut in the subsequent laminated body cutting process, and the electrode materials 101 a and 101 b and the burnout slit are formed. The layer 112 is printed.

(圧着工程)
次に、図14に示す如く、形成した第一電極印刷シート110a、第二電極印刷シート110bおよび焼失スリット印刷シート111を所定の順序で各印刷領域102を積層方向に揃えて積層した。本実施形態では、駆動部70の荷重センサ部60側の端部に位置する電極印刷シートと、荷重センサ部60の駆動部70側の端部に位置する電極印刷シートとを何れも第二電極印刷シート110bとし、さらに、それらの第二電極印刷シート110bの間には、電極材料101a、101bおよび焼失スリット層112の印刷が施されていないグリーンシート100を積層させた。このグリーンシート100が焼成後、接続層80となる。そして、圧電体ユニット23の両端部に電極材料101a、101bおよび焼失スリット層112の印刷が施されていないグリーンシート100を積層させた(図15参照)。
(Crimping process)
Next, as shown in FIG. 14, the formed first electrode print sheet 110 a, second electrode print sheet 110 b and burnt slit print sheet 111 were laminated in a predetermined order with the printing regions 102 aligned in the lamination direction. In the present embodiment, both the electrode print sheet positioned at the end of the drive unit 70 on the load sensor unit 60 side and the electrode print sheet positioned at the end of the load sensor unit 60 on the drive unit 70 side are both second electrodes. A green sheet 100 on which the electrode materials 101a and 101b and the burned-out slit layer 112 were not printed was laminated between the second electrode print sheets 110b. The green sheet 100 becomes the connection layer 80 after firing. Then, the green sheets 100 on which the electrode materials 101a and 101b and the burned-out slit layer 112 were not printed were laminated on both ends of the piezoelectric unit 23 (see FIG. 15).

このようにして積層した積層体を温度100℃で加熱するとともに、積層方向に50MPaで加圧し、予備積層体130を作製した。   The laminated body thus laminated was heated at a temperature of 100 ° C. and pressurized at 50 MPa in the lamination direction to produce a preliminary laminated body 130.

(積層体切断工程)
次に、図15、図16に示す如く、形成した予備積層体130を切断位置に沿って積層方向に切断し、中間積層体140を形成した。なお、予備積層体130の切断は、中間積層体140ごとに切断しても良いし、複数の中間積層体140を含んで切断しても良い。本実施形態では、中間積層体140ごとに切断し、各電極材料101a、101bおよび焼失スリット層112が中間積層体140の側面に露出するように切断した。
(Laminate cutting process)
Next, as shown in FIGS. 15 and 16, the formed preliminary laminated body 130 was cut in the lamination direction along the cutting position, and an intermediate laminated body 140 was formed. Note that the preliminary laminated body 130 may be cut for each intermediate laminated body 140 or may be cut including a plurality of intermediate laminated bodies 140. In this embodiment, it cut | disconnects for every intermediate | middle laminated body 140, and it cut | disconnected so that each electrode material 101a, 101b and the burning-out slit layer 112 might be exposed to the side surface of the intermediate | middle laminated body 140. FIG.

(焼成工程)
次に、中間積層体140のグリーンシート100に含有されているバインダ樹脂を90%以上加熱除去(脱脂)した。加熱は、80時間かけて徐々に500℃まで昇温し、5時間保持することにより行った。
(Baking process)
Next, 90% or more of the binder resin contained in the green sheet 100 of the intermediate laminate 140 was removed by heating (degreasing). Heating was performed by gradually raising the temperature to 500 ° C. over 80 hours and holding for 5 hours.

次に、脱脂した中間積層体140を焼成した。焼成は、温度1050℃まで12時間かけて徐々に昇温させ、2時間保持後、徐々に冷却することにより行った。   Next, the degreased intermediate laminate 140 was fired. Firing was performed by gradually raising the temperature to 1050 ° C. over 12 hours, holding for 2 hours, and then gradually cooling.

このようにして、図4から図6に示す如く、完全に一体化した焼成物からなる一体積層型の圧電体ユニット23が形成された。このようにして、焼成工程を経ると、図4から図6には図示していないが、焼失スリット層112が焼失してスリット状のスリット溝部120が圧電体ユニット23の側面に形成される(図13参照)。   In this manner, as shown in FIGS. 4 to 6, an integrally laminated piezoelectric unit 23 made of a completely integrated fired product was formed. In this manner, after the firing step, although not shown in FIGS. 4 to 6, the burnt slit layer 112 is burned out and the slit-shaped slit groove 120 is formed on the side surface of the piezoelectric body unit 23 ( (See FIG. 13).

次いで、焼成後、圧電体ユニット23の四つ角を積層方向に沿って切り欠いた。これにより、圧電体ユニット23は、径方向断面が八角柱状となる。その後、全面に研磨処理を施し、内部電極層62a、62b、72a、72bのそれぞれの電極露出部64a、64b、74a、74bを側面に露出させるとともに、所定の大きさの圧電体ユニット23を形成した。さらにその後、荷重センサ部60用の正極側、負極側外部電極65a、65b、および駆動部70用の正極側、負極側外部電極75a、75bをスクリーン印刷によって形成した。   Next, after firing, the four corners of the piezoelectric unit 23 were cut out along the stacking direction. Thereby, the piezoelectric unit 23 has an octagonal columnar cross section in the radial direction. Thereafter, the entire surface is polished to expose the electrode exposed portions 64a, 64b, 74a, and 74b of the internal electrode layers 62a, 62b, 72a, and 72b on the side surfaces, and to form the piezoelectric unit 23 having a predetermined size. did. Further, positive electrode side and negative electrode side external electrodes 65a and 65b for the load sensor unit 60, and positive electrode side and negative electrode side external electrodes 75a and 75b for the drive unit 70 were formed by screen printing.

このとき、内部電極層62a、62bの電極露出部64a、64bは、それぞれ荷重センサ部60の正極側外部電極層65a、負極側外部電極層65bに電気的に接続される。また、内部電極層72a、72bの電極露出部64a、64bは、それぞれ駆動部70の正極側外部電極層75a、負極側外部電極層75bに電気的に接続される。   At this time, the electrode exposed portions 64a and 64b of the internal electrode layers 62a and 62b are electrically connected to the positive external electrode layer 65a and the negative external electrode layer 65b of the load sensor unit 60, respectively. The electrode exposed portions 64a and 64b of the internal electrode layers 72a and 72b are electrically connected to the positive electrode side external electrode layer 75a and the negative electrode side external electrode layer 75b of the drive unit 70, respectively.

荷重センサ部60の正極側、負極側外部電極65a、65bと駆動部70の正極側、負極側外部電極75a、75bは、一定の電気絶縁距離を保つように形成した。好ましくは、電界強度が1kV/mm以下となるように形成した。   The positive electrode side and negative electrode side external electrodes 65a and 65b of the load sensor unit 60 and the positive electrode side and negative electrode side external electrodes 75a and 75b of the drive unit 70 were formed so as to maintain a constant electrical insulation distance. Preferably, the electric field strength is 1 kV / mm or less.

そして、荷重センサ部60の正極側、負極側外部電極65a、65bおよび駆動部70の正極側、負極側外部電極75a、75bのそれぞれにリード線、もしくはメッシュ状の電極板を導電性樹脂または半田などで接続した。   Then, lead wires or mesh-like electrode plates are respectively connected to the positive electrode side, negative electrode side external electrodes 65a and 65b of the load sensor unit 60, and the positive electrode side and negative electrode side external electrodes 75a and 75b of the driving unit 70 with conductive resin or solder. Etc.

(絶縁樹脂配設工程)
次いで、本実施形態では、図13に示すように、絶縁樹脂121をスリット溝部120に配設した。具体的には、加熱硬化型のシリコーン樹脂からなる絶縁樹脂121をスリット溝部120に塗布し、加熱させて硬化させることにより配設した。絶縁樹脂121としては、耐熱性の高いウレタン樹脂やフロロシリコーン樹脂などを用いても良い。
(Insulating resin placement process)
Next, in this embodiment, the insulating resin 121 is disposed in the slit groove 120 as shown in FIG. Specifically, the insulating resin 121 made of a thermosetting silicone resin was applied to the slit groove portion 120 and heated to be cured. As the insulating resin 121, a highly heat-resistant urethane resin or fluorosilicone resin may be used.

(分極工程)
次いで、上記工程を経た圧電体ユニット23に対して分極処理を実行する。本実施形態では、160Vの直流電圧を荷重センサ部60と駆動部70に2分間通電した。その際、荷重センサ部60におけるセンサ部側終端内部電極層63(図5、図6参照)と、駆動部70における駆動部側終端内部電極層73(図5、図6参照)の極性が何れも負極側となるように、分極処理を実行する。
(Polarization process)
Next, polarization processing is performed on the piezoelectric unit 23 that has undergone the above-described steps. In this embodiment, a DC voltage of 160 V is applied to the load sensor unit 60 and the drive unit 70 for 2 minutes. At that time, the polarity of the sensor unit side termination internal electrode layer 63 (see FIGS. 5 and 6) in the load sensor unit 60 and the polarity of the drive unit side termination internal electrode layer 73 (see FIGS. 5 and 6) in the drive unit 70 Also, the polarization process is performed so as to be on the negative electrode side.

荷重センサ部60と駆動部70の分極処理は、同時に行っても良いし、別々に行っても良い。また、荷重センサ部60および駆動部70の積層数に応じて、所定の予荷重を付与する治具に取付けた状態で分極処理を実行しても良い。また、分極処理を実行する際の雰囲気温度を変更しても良い。例えば、140℃下で分極処理を実行しても良い。また、分極処理は、直流電圧を印加することによって行うだけでなく、正弦波や台形波などの交流電圧を印加して行っても良い。   The polarization processing of the load sensor unit 60 and the drive unit 70 may be performed simultaneously or separately. Further, the polarization process may be executed in a state of being attached to a jig for applying a predetermined preload according to the number of layers of the load sensor unit 60 and the drive unit 70. Moreover, you may change the atmospheric temperature at the time of performing a polarization process. For example, the polarization process may be performed at 140 ° C. The polarization process may be performed not only by applying a DC voltage but also by applying an AC voltage such as a sine wave or a trapezoidal wave.

上述した分極工程を経て、センサ部側終端内部電極層63および駆動部側終端内部電極層73がともに負極側同士となっている圧電体ユニット23を得た。   Through the polarization process described above, the piezoelectric unit 23 in which both the sensor unit side termination internal electrode layer 63 and the drive unit side termination internal electrode layer 73 are on the negative electrode side was obtained.

なお、本実施形態では、駆動部70を構成する第一電極印刷シート110aと第二電極印刷シート110bとの間に焼失スリット印刷シート111を挿入して、駆動部70の側面にスリット溝部120を形成しているが、この焼失スリット印刷シート111は、必ずしも必要無い。   In the present embodiment, the burnout slit print sheet 111 is inserted between the first electrode print sheet 110 a and the second electrode print sheet 110 b constituting the drive unit 70, and the slit groove 120 is formed on the side surface of the drive unit 70. Although formed, this burn-out slit print sheet 111 is not necessarily required.

本実施形態では、圧電体ユニット23を所謂、一体積層型の圧電体ユニットとして形成した。圧電体ユニット23の形態としては一体積層型とは別に単板積層型がある。単板積層型の圧電体ユニットは、一体積層型のものとは異なり、予め焼成したピエゾ素子層に内部電極層を印刷、焼成し、適宜積層して圧電体ユニットとするものである。   In this embodiment, the piezoelectric unit 23 is formed as a so-called monolithic piezoelectric unit. As a form of the piezoelectric unit 23, there is a single-plate laminated type in addition to the integral laminated type. A single-plate laminated piezoelectric unit is different from an integral laminated type in that an internal electrode layer is printed and fired on a previously fired piezo element layer and laminated appropriately to form a piezoelectric unit.

この単板積層型の圧電体ユニットであっても、センサ部側終端内部電極層63と駆動部側終端内部電極層73の極性を負側とすることによっても、上述した本実施形態の作用効果を得ることはできる。   Even in this single-plate stacked piezoelectric unit, the effects of the above-described embodiment can also be achieved by setting the polarities of the sensor unit side termination internal electrode layer 63 and the drive unit side termination internal electrode layer 73 to the negative side. Can get.

しかしながら、圧電体ユニット23を一体積層型とすると、以下の点で単板積層型のものよりも優れる。単板積層型の圧電体ユニットでは、一般的には、内部電極層と外部との電気的に接続する導電体(例えば、ステンレスや銅などの金属箔)がピエゾ素子層間に配置されている。   However, when the piezoelectric unit 23 is an integral laminate type, it is superior to the single plate laminate type in the following points. In a single-plate stacked piezoelectric unit, generally, a conductor (for example, a metal foil such as stainless steel or copper) that is electrically connected to an internal electrode layer and the outside is disposed between piezoelectric element layers.

荷重センサ部60と駆動部70とを単板積層型にて形成した場合、駆動部70を伸長させたときの荷重を荷重センサ部60にて検出しようとすると、ピエゾ素子層間に配置されている導電体が変形する。このため、力の伝達損失が発生し、荷重センサ部60の検出精度が低下するおそれがある。また、この導電体の変形は、使用状況により変化するため、駆動部70に所定量伸長させるべく、所定の電圧を印加したとしても、荷重センサ部60の検出結果が変化してしまい検出精度が低下する。   When the load sensor unit 60 and the drive unit 70 are formed as a single-plate laminated type, if the load sensor unit 60 tries to detect the load when the drive unit 70 is extended, the load sensor unit 60 and the drive unit 70 are arranged between the piezoelectric element layers. The conductor is deformed. For this reason, force transmission loss occurs, and the detection accuracy of the load sensor unit 60 may be reduced. In addition, since the deformation of the conductor changes depending on the use situation, even if a predetermined voltage is applied to the drive unit 70 to extend a predetermined amount, the detection result of the load sensor unit 60 changes and the detection accuracy is improved. descend.

これに対し、本実施形態の圧電体ユニット23は、上述したように一体積層型の焼成体として形成されている。ここで、上述したように、一体積層型の圧電体ユニット23では、焼成した後に、研磨することにより内部電極層62a、62b、72a、72bの電極露出部64a、64b、74a、74bを露出させることが容易である。このため、一体積層型の圧電体ユニット23では、ピエゾ素子層間に導電体を挿入させる必要が無い。圧電体ユニット23を一体積層型とすることにより、駆動部70から荷重センサ部60に伝わる力の損失を抑制でき、荷重センサ部60の検出精度が単板積層型のものと比べ向上する。   On the other hand, the piezoelectric unit 23 of the present embodiment is formed as an integrally laminated fired body as described above. Here, as described above, in the integrally laminated piezoelectric unit 23, the electrode exposed portions 64a, 64b, 74a, and 74b of the internal electrode layers 62a, 62b, 72a, and 72b are exposed by baking and firing. Is easy. Therefore, in the integrally laminated piezoelectric unit 23, there is no need to insert a conductor between the piezoelectric element layers. By using the piezoelectric unit 23 as an integral laminate type, loss of force transmitted from the drive unit 70 to the load sensor unit 60 can be suppressed, and the detection accuracy of the load sensor unit 60 is improved as compared with a single plate laminate type.

また、一体積層型の圧電体ユニット23は一つの焼成物となっているため、別々に焼成した焼成物を積層させる単板積層型のものと比べ、荷重センサ部60や駆動部70における物性が非常に近い。このため、荷重センサ部60から出力される電圧信号の温度特性の校正(補正)が容易である。   In addition, since the monolithic piezoelectric unit 23 is a single fired product, the physical properties of the load sensor unit 60 and the drive unit 70 are higher than those of the single plate laminate type in which the fired products fired separately are stacked. Very close. For this reason, calibration (correction) of the temperature characteristics of the voltage signal output from the load sensor unit 60 is easy.

(第2実施形態)
図17、図18に示すように、本発明の第2実施形態は、第1実施形態の変形例である。第1実施形態では圧電体ユニット23が一つの焼成物から構成されているのに対し、第2実施形態では、圧電体ユニット23が単一のユニット23aと複数のユニット23a、23bとから構成されている。具体的には、圧電体ユニット23は、荷重センサ部60と駆動部70の一部を有する一つのセンサ部付圧電体ユニット23a、および駆動部70の他の部分のみを有する五個の駆動部圧電体ユニット23bが積み重なって構成されている。
(Second Embodiment)
As shown in FIGS. 17 and 18, the second embodiment of the present invention is a modification of the first embodiment. In the first embodiment, the piezoelectric unit 23 is composed of one fired product, whereas in the second embodiment, the piezoelectric unit 23 is composed of a single unit 23a and a plurality of units 23a, 23b. ing. Specifically, the piezoelectric unit 23 includes one sensor unit-equipped piezoelectric unit 23 a having a part of the load sensor unit 60 and the driving unit 70, and five driving units having only other parts of the driving unit 70. The piezoelectric units 23b are stacked.

本実施形態における圧電体ユニット23の外観は、第1実施形態とほぼ同じであり、八角柱状となっている。図17、図18に示すように、センサ部付圧電体ユニット23aの側面には、荷重センサ部60の正極側、負極側外部電極65a、65bおよび駆動部70の正極側、負極側外部電極75a、75bが設けられている。また、駆動部圧電体ユニット23bにも、駆動部70の正極側、負極側外部電極75a、75bが設けられている。   The external appearance of the piezoelectric body unit 23 in this embodiment is almost the same as that of the first embodiment, and has an octagonal prism shape. As shown in FIGS. 17 and 18, on the side surface of the piezoelectric unit with sensor part 23a, the positive side of the load sensor part 60, the negative side external electrodes 65a and 65b, the positive side of the drive part 70, and the negative side external electrode 75a. , 75b. The drive unit piezoelectric unit 23b is also provided with positive and negative external electrodes 75a and 75b of the drive unit 70.

図18に示すように、センサ部付圧電体ユニット23aと駆動部圧電体ユニット23b、および駆動部圧電体ユニット23b同士の接合は、例えばシリコーン系の接着剤90などで接合されている。   As shown in FIG. 18, the sensor unit-attached piezoelectric unit 23 a, the drive unit piezoelectric unit 23 b, and the drive unit piezoelectric unit 23 b are joined together by, for example, a silicone-based adhesive 90.

本実施形態においても、センサ部付圧電体ユニット23aおよび駆動部圧電体ユニット23bは、第1実施形態の圧電体ユニット23と同様、一体積層型の圧電体ユニットである。製造方法は、第1実施形態にて説明した方法と同様である。   Also in the present embodiment, the sensor unit-equipped piezoelectric unit 23a and the drive unit piezoelectric unit 23b are integrally laminated piezoelectric units, like the piezoelectric unit 23 of the first embodiment. The manufacturing method is the same as the method described in the first embodiment.

このように、複数の圧電体ユニットを集合させて一つの圧電体ユニットとすることにより、以下に示すような効果がある。   In this way, by combining a plurality of piezoelectric units into one piezoelectric unit, the following effects can be obtained.

ここで、第1実施形態のように所定の長さの圧電体ユニット23を一体焼成物として形成すると、駆動部70を伸長させたとき、駆動部70の側面近傍に応力が集中することがある。側面近傍に応力が集中すると、応力が集中した箇所が破損するおそれがある。この現象は、駆動部70のピエゾ素子層71の積層数が多ければ多いほど顕著となる。   Here, when the piezoelectric unit 23 having a predetermined length is formed as an integrally fired product as in the first embodiment, when the driving unit 70 is extended, stress may be concentrated near the side surface of the driving unit 70. . If stress concentrates in the vicinity of the side surface, the portion where the stress is concentrated may be damaged. This phenomenon becomes more prominent as the number of stacked piezoelectric element layers 71 of the drive unit 70 increases.

これに対し、第2実施形態では、所定の長さの圧電体ユニット23を、一つのセンサ部付圧電体ユニット23a、および複数の駆動部圧電体ユニット23bを積み重ねることにより形成している。   On the other hand, in the second embodiment, the piezoelectric unit 23 having a predetermined length is formed by stacking one piezoelectric unit with a sensor unit 23a and a plurality of driving unit piezoelectric units 23b.

これによれば、駆動部70を伸長させたときの、駆動部70の側面近傍に集中する応力の程度を小さくすることができる。このため、圧電体ユニット23の損傷を極力抑制でき、品質を向上させることができる。   According to this, the degree of stress concentrated in the vicinity of the side surface of the drive unit 70 when the drive unit 70 is extended can be reduced. For this reason, damage to the piezoelectric unit 23 can be suppressed as much as possible, and the quality can be improved.

(第3実施形態)
図19に示すように、本発明の第3実施形態は、第2実施形態の変形例である。第3実施形態では、圧電体ユニット23が複数のユニットから構成されている点では、第2実施形態の圧電体ユニットと共通するが、荷重センサ部60を有する圧電体ユニットの構成が異なる。具体的には、圧電体ユニット23は、荷重センサ部60のみからなるセンサ部圧電体ユニット25a、および駆動部70のみからなる駆動部圧電体ユニット25bが複数個積み重なって構成されている。なお、駆動部圧電体ユニット25bは、少なくとも1つあれば良く、必ずしも複数個積み重ねる必要は無い。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 19, the third embodiment of the present invention is a modification of the second embodiment. In the third embodiment, the piezoelectric unit 23 is common to the piezoelectric unit of the second embodiment in that the piezoelectric unit 23 includes a plurality of units, but the configuration of the piezoelectric unit having the load sensor unit 60 is different. Specifically, the piezoelectric unit 23 is configured by stacking a plurality of sensor unit piezoelectric units 25 a including only the load sensor unit 60 and a driving unit piezoelectric unit 25 b including only the driving unit 70. Note that there may be at least one drive unit piezoelectric body unit 25b, and a plurality of drive unit piezoelectric units need not necessarily be stacked.

図19に示すように、センサ部圧電体ユニット25aのセンサ部側終端内部電極層63、および駆動部圧電体ユニット25bの駆動部側終端内部電極層73は共に負極側の電極層である。   As shown in FIG. 19, the sensor unit side termination internal electrode layer 63 of the sensor unit piezoelectric unit 25a and the drive unit side termination internal electrode layer 73 of the drive unit piezoelectric unit 25b are both negative electrode layers.

また、図19に示すように、センサ部圧電体ユニット25aと駆動部圧電体ユニット25bとの間には、例えば、アルミナや窒化珪素などからなる絶縁性のセラミック板91が設けられている。これにより、駆動部圧電体ユニット25bからセンサ部圧電体ユニット25aへの駆動部圧電体ユニット25bからセンサ部圧電体ユニット25aへの電気リークを確実に防止することができる。   Further, as shown in FIG. 19, an insulating ceramic plate 91 made of alumina, silicon nitride, or the like is provided between the sensor unit piezoelectric unit 25a and the drive unit piezoelectric unit 25b. Thereby, it is possible to reliably prevent electrical leakage from the drive unit piezoelectric unit 25b to the sensor unit piezoelectric unit 25a from the drive unit piezoelectric unit 25b to the sensor unit piezoelectric unit 25a.

また、この実施形態によれば、第2実施形態に示すような一つのユニットに荷重センサ部60と駆動部70とを備えるユニットを用意する場合に比べ、センサ部圧電体ユニット25aと駆動部圧電体ユニット25bの仕様を分ける必要が無く、共通の仕様の圧電体ユニットとすることができる。このため、低コストで荷重センサ部60を有する圧電アクチュエータ22を製造できる。   Also, according to this embodiment, the sensor unit piezoelectric body unit 25a and the drive unit piezoelectric are compared with the case where a unit including the load sensor unit 60 and the drive unit 70 is prepared in one unit as shown in the second embodiment. There is no need to divide the specifications of the body unit 25b, and a piezoelectric body unit having a common specification can be obtained. For this reason, the piezoelectric actuator 22 having the load sensor unit 60 can be manufactured at low cost.

(第4実施形態)
図20に示すように、本発明の第4実施形態は、第1〜3実施形態の変形例である。第4実施形態では、接続層80aの構造が他の実施形態のものと異なっている。具体的には、ピエゾ素子層81aの厚さが、他の荷重センサ部60および駆動部70におけるピエゾ素子層61、71と比べ厚くなっている。
(Fourth embodiment)
As shown in FIG. 20, the fourth embodiment of the present invention is a modification of the first to third embodiments. In the fourth embodiment, the structure of the connection layer 80a is different from that of the other embodiments. Specifically, the thickness of the piezo element layer 81 a is thicker than the piezo element layers 61 and 71 in the other load sensor unit 60 and the drive unit 70.

このため、荷重センサ部60と駆動部70との間の絶縁性をより確かなものとすることができ、荷重センサ部60の検出精度を向上させることができる。   For this reason, the insulation between the load sensor part 60 and the drive part 70 can be made more reliable, and the detection accuracy of the load sensor part 60 can be improved.

(第5実施形態)
図21に示すように、本発明の第5実施形態は、第1〜4実施形態の変形例である。第5実施形態では、接続層80bの構造が他の実施形態のものと異なっている。具体的には、接続層80bは、ピエゾ素子層81のみではなく、ピエゾ素子層81と内部電極層82とが交互に積層されて形成されている。ピエゾ素子層81および内部電極層82は、荷重センサ部60や駆動部70におけるピエゾ素子層61、71や内部電極層62a、62b、72a、72bと同じグリーンシート100や電極材料101a、101bから構成されている。内部電極層82は、どの外部電極65a、65b、75a、75bにも接続されていない。
(Fifth embodiment)
As shown in FIG. 21, the fifth embodiment of the present invention is a modification of the first to fourth embodiments. In the fifth embodiment, the structure of the connection layer 80b is different from that of the other embodiments. Specifically, the connection layer 80 b is formed not only by the piezo element layer 81 but also by alternately laminating the piezo element layers 81 and the internal electrode layers 82. The piezo element layer 81 and the internal electrode layer 82 are composed of the same green sheet 100 and electrode materials 101a and 101b as the piezo element layers 61 and 71 and the internal electrode layers 62a, 62b, 72a and 72b in the load sensor section 60 and the drive section 70. Has been. The internal electrode layer 82 is not connected to any external electrode 65a, 65b, 75a, 75b.

この構成によれば、焼成後、接続層80bとなる部分に配置されるグリーンシート100を荷重センサ部60や駆動部70となる部分に配置されるグリーンシート100と同じものを使用することができ、製造コストの上昇を抑えられる。   According to this configuration, after firing, the same green sheet 100 disposed in the portion serving as the connection layer 80b can be used as the green sheet 100 disposed in the portion serving as the load sensor unit 60 or the driving unit 70. , Increase in manufacturing cost can be suppressed.

また、ピエゾ素子層81と内部電極層82とが交互に積層されているため、ピエゾ素子層81を複数層重ねることができる。この構成によっても、接続層80を厚く形成することができるため、荷重センサ部60と駆動部70との絶縁性を確保することができる。   In addition, since the piezo element layers 81 and the internal electrode layers 82 are alternately stacked, a plurality of piezo element layers 81 can be stacked. Also with this configuration, since the connection layer 80 can be formed thick, insulation between the load sensor unit 60 and the drive unit 70 can be ensured.

また、荷重センサ部60や駆動部70と同様、接続層80bもピエゾ素子層81と内部電極層82とが交互に積層されているため、圧電体ユニット23を一体積層型で形成する際、接続層80bも荷重センサ部60や駆動部70と同じ環境で焼成させることができ、焼成後の接続層80bの状態も荷重センサ部60や駆動部70と同様とすることができる。ピエゾ素子層81を挟む内部電極層82に焼結助剤としての機能があれば、接続層80bの機械的強度を確保することができ、圧電体ユニット23の品質を向上させることができる。   Also, like the load sensor unit 60 and the drive unit 70, the connection layer 80b also includes the piezoelectric element layers 81 and the internal electrode layers 82 that are alternately stacked. The layer 80 b can also be fired in the same environment as the load sensor unit 60 and the drive unit 70, and the state of the connection layer 80 b after firing can be the same as that of the load sensor unit 60 and the drive unit 70. If the internal electrode layer 82 sandwiching the piezoelectric element layer 81 has a function as a sintering aid, the mechanical strength of the connection layer 80b can be secured, and the quality of the piezoelectric unit 23 can be improved.

内部電極層を含むピエゾ素子層と、内部電極層を含まないピエゾ素子層とでは焼成時の収縮率が異なる。本実施形態によれば、接続層80bと、荷重センサ部60並びに駆動部70との焼成収縮を整合することができる。その結果、焼成収縮が未整合による圧電体ユニット23の焼成後の剥離、クラックなどを回避できる。   The piezo element layer including the internal electrode layer and the piezo element layer not including the internal electrode layer have different shrinkage rates upon firing. According to the present embodiment, the firing shrinkage of the connection layer 80b, the load sensor unit 60, and the drive unit 70 can be matched. As a result, peeling, cracking, and the like after firing of the piezoelectric body unit 23 due to mismatching firing shrinkage can be avoided.

(第6実施形態)
図22に示すように、本発明の第6実施形態は、第1〜5実施形態の変形例である。第6実施形態では、駆動部側終端内部電極層73とその隣の駆動部70における内部電極層72aとの間に配設されるピエゾ素子層71aの構造が他の実施形態のものと異なる。具体的には、このピエゾ素子層71aの厚さを、駆動部70における中央部のピエゾ素子層71よりも厚くしている。この構成によれば、駆動部70を伸縮させたときの、駆動部70の端部に発生するせん断応力を緩和することができる。
(Sixth embodiment)
As shown in FIG. 22, the sixth embodiment of the present invention is a modification of the first to fifth embodiments. In the sixth embodiment, the structure of the piezo element layer 71a disposed between the drive unit-side terminal internal electrode layer 73 and the internal electrode layer 72a in the drive unit 70 adjacent thereto is different from those of the other embodiments. Specifically, the thickness of the piezo element layer 71 a is made thicker than that of the piezo element layer 71 at the center of the drive unit 70. According to this configuration, the shear stress generated at the end of the drive unit 70 when the drive unit 70 is expanded and contracted can be relaxed.

(第7実施形態)
図23に示すように、本発明の第7実施形態は、第1実施形態の変形例である。第7実施形態では、ニードル212の閉弁駆動および開弁駆動を制御する機構が異なる。第1実施形態における燃料噴射弁2は、圧電アクチュエータ22にて直接変位伝達部30を駆動し、その変位伝達部30における変位を制御弁18に伝達することにより、制御弁18の弁体19を駆動して制御室246の圧力を調整してニードル212の開閉駆動を制御する。これに対して、第7実施形態における燃料噴射弁200は、シリンダ217の移動量を圧電アクチュエータ22にて変えることにより制御室246内の燃料圧力を制御し、ニードル212の開閉駆動を制御する。
(Seventh embodiment)
As shown in FIG. 23, the seventh embodiment of the present invention is a modification of the first embodiment. In the seventh embodiment, the mechanisms for controlling the valve closing drive and the valve opening drive of the needle 212 are different. In the fuel injection valve 2 according to the first embodiment, the displacement actuator 30 is directly driven by the piezoelectric actuator 22, and the displacement in the displacement transmitter 30 is transmitted to the control valve 18. It drives to adjust the pressure in the control chamber 246 to control the opening / closing drive of the needle 212. On the other hand, the fuel injection valve 200 in the seventh embodiment controls the fuel pressure in the control chamber 246 by changing the movement amount of the cylinder 217 by the piezoelectric actuator 22 and controls the opening / closing drive of the needle 212.

燃料噴射弁200は、ノズル211、シリンダ217、固定ピストン220、アクチュエータ部230などから構成され、これらの部品は、棒状に形成されているボデー240に収容されている。   The fuel injection valve 200 includes a nozzle 211, a cylinder 217, a fixed piston 220, an actuator portion 230, and the like, and these components are accommodated in a body 240 formed in a rod shape.

ボデー240は、蓄圧器からの高圧燃料が導入される燃料入口部241を備えている。ボデー240の軸方向一端側には、収容部242が形成されており、その収容部242には、燃料の噴射、非噴射を制御するノズル211が収容されている。なお、収容部242が、特許請求の範囲に記載の「第一液圧室」に相当する。   The body 240 includes a fuel inlet 241 into which high-pressure fuel from the pressure accumulator is introduced. A housing portion 242 is formed on one end side of the body 240 in the axial direction, and the housing portion 242 houses a nozzle 211 that controls fuel injection and non-injection. The accommodating portion 242 corresponds to the “first hydraulic chamber” described in the claims.

ノズル211は、ニードル212、ノズルスプリング216を有している。ニードル212は、収容部242内に摺動自在に保持されている。収容部242の軸方向一端側には、高圧燃料通路245を介して燃料入口部241と連通する噴孔243が形成されている。   The nozzle 211 has a needle 212 and a nozzle spring 216. The needle 212 is slidably held in the housing portion 242. An injection hole 243 that communicates with the fuel inlet 241 via the high-pressure fuel passage 245 is formed at one axial end side of the housing 242.

この噴孔243の燃料入口部241側には、ニードル212に形成されているシート部213が着座する弁座244が形成されている。弁座244にシート部213が着座することにより、噴孔243への燃料の流れが閉塞され、噴孔243からの燃料の噴射が停止する。弁座244からシート部213が離座することにより、噴孔243への燃料の流れが開放され、噴孔243から燃料が噴射する。ニードル212のシート部213とは反対側の端部にはピストン部214が形成されている。   A valve seat 244 on which the seat portion 213 formed on the needle 212 is seated is formed on the fuel inlet portion 241 side of the nozzle hole 243. When the seat portion 213 is seated on the valve seat 244, the flow of fuel to the injection hole 243 is blocked, and fuel injection from the injection hole 243 is stopped. By separating the seat portion 213 from the valve seat 244, the flow of fuel to the injection hole 243 is released, and fuel is injected from the injection hole 243. A piston portion 214 is formed at the end of the needle 212 opposite to the seat portion 213.

このピストン部214は、シリンダ217に摺動自在に挿入されている。ニードル212のシート部213とピストン部214との間にはフランジ部215が形成され、このフランジ部215とシリンダ217との間には、ノズルスプリング216が設けられている。このノズルスプリング216は、ニードル212を、シート部213が弁座244に着座する方向、つまり閉弁方向に付勢する。   The piston part 214 is slidably inserted into the cylinder 217. A flange portion 215 is formed between the seat portion 213 and the piston portion 214 of the needle 212, and a nozzle spring 216 is provided between the flange portion 215 and the cylinder 217. The nozzle spring 216 urges the needle 212 in the direction in which the seat portion 213 is seated on the valve seat 244, that is, in the valve closing direction.

収容部242の軸方向他端側には、アクチュエータ部230が収容されている。アクチュエータ部230は、第1実施形態から第5実施形態にて説明した圧電アクチュエータ22と、圧電アクチュエータ22からの変位をシリンダ217に伝達するプッシュプレート231とを有する。圧電アクチュエータ22の駆動部70が伸縮すると、プッシュプレート231を介してシリンダ217が駆動される。   The actuator portion 230 is accommodated on the other axial end side of the accommodation portion 242. The actuator unit 230 includes the piezoelectric actuator 22 described in the first to fifth embodiments, and a push plate 231 that transmits the displacement from the piezoelectric actuator 22 to the cylinder 217. When the drive unit 70 of the piezoelectric actuator 22 expands and contracts, the cylinder 217 is driven via the push plate 231.

シリンダ217は、内周面に段付き部を備える段付き円筒状の部材であって、段付き部の一方側に第一シリンダ孔218が形成され、段付き部の他方側に、第一シリンダ孔218よりも大径の第二シリンダ孔219が形成されている。シリンダ217は、第一、第二シリンダ孔218、219がボデー240の軸方向に沿って並んで配置されるように収容部242に収容されている。第一シリンダ孔218は、第二シリンダ孔219よりも噴孔243側に配置されている。   The cylinder 217 is a stepped cylindrical member having a stepped portion on the inner peripheral surface, and a first cylinder hole 218 is formed on one side of the stepped portion, and a first cylinder is formed on the other side of the stepped portion. A second cylinder hole 219 having a diameter larger than that of the hole 218 is formed. The cylinder 217 is accommodated in the accommodating portion 242 such that the first and second cylinder holes 218 and 219 are arranged along the axial direction of the body 240. The first cylinder hole 218 is disposed closer to the injection hole 243 than the second cylinder hole 219.

第二シリンダ孔219には、固定ピストン220が摺動自在に挿入されている。固定ピストン220は、固定ピストン部221と固定ピストン部221よりも径方向外側に突出するフランジ部222を有する。第二シリンダ孔219には、固定ピストン部221のみが挿入されている。   A fixed piston 220 is slidably inserted into the second cylinder hole 219. The fixed piston 220 includes a fixed piston portion 221 and a flange portion 222 that protrudes radially outward from the fixed piston portion 221. Only the fixed piston portion 221 is inserted into the second cylinder hole 219.

固定ピストン部221とニードル212のピストン部214との間には、シリンダ217、固定ピストン部221、ピストン部214にて、制御室246が形成される。この制御室246には、収容部242に流入した高圧燃料が第一シリンダ孔218とピストン部214、および第二シリンダ孔219と固定ピストン部221とのクリアランスを介して流入するようになっている。なお、制御室246が、特許請求の範囲に記載の「第二液圧室」に相当する。   A control chamber 246 is formed between the fixed piston portion 221 and the piston portion 214 of the needle 212 by the cylinder 217, the fixed piston portion 221 and the piston portion 214. The high-pressure fuel that has flowed into the accommodating portion 242 flows into the control chamber 246 via the clearance between the first cylinder hole 218 and the piston portion 214, and the second cylinder hole 219 and the fixed piston portion 221. . The control chamber 246 corresponds to a “second hydraulic chamber” described in the claims.

図24は、固定ピストン220を噴孔243側から見たXXIV視図である。この図に示すように、固定ピストン220のフランジ部222は、周方向に沿って三個に分割されており、隣接するフランジ部222間に切欠き部223が形成されている。図23に示すように、フランジ部222が、収容部242の内壁に支持されているスペーサ234と、収容部242の内壁に支持されている固定スプリング235とに挟まれることにより、固定ピストン220がボデー240に対して固定される。   FIG. 24 is a XXIV view of the fixed piston 220 as viewed from the injection hole 243 side. As shown in this figure, the flange portion 222 of the fixed piston 220 is divided into three pieces along the circumferential direction, and a notch 223 is formed between the adjacent flange portions 222. As shown in FIG. 23, the flange portion 222 is sandwiched between a spacer 234 supported on the inner wall of the housing portion 242 and a fixed spring 235 supported on the inner wall of the housing portion 242, whereby the fixed piston 220 is Fixed to the body 240.

図25(a)はプッシュプレート231の正面図であり、図25(b)はプッシュプレート231の下面図である。図25に示すように、プッシュプレート231は、円柱状の円板部232と、円板部232の一端面から軸方向に突出する三個の円柱状の脚部233とを備えている。   FIG. 25A is a front view of the push plate 231, and FIG. 25B is a bottom view of the push plate 231. As shown in FIG. 25, the push plate 231 includes a columnar disc portion 232 and three columnar leg portions 233 protruding in the axial direction from one end surface of the disc portion 232.

これら脚部233は、プッシュプレート231と固定ピストン220とを組み合わせたときに、脚部233が切欠き部223に挿入される位置に周方向に沿って設けられている(図24を参照)。図23に示すように、プッシュプレート231は、円板部232が圧電アクチュエータ22の駆動部70に当接し、脚部233がシリンダ217に当接するように収容部242に収容される。   These leg portions 233 are provided along the circumferential direction at positions where the leg portions 233 are inserted into the notches 223 when the push plate 231 and the fixed piston 220 are combined (see FIG. 24). As shown in FIG. 23, the push plate 231 is accommodated in the accommodating portion 242 such that the disc portion 232 abuts on the driving portion 70 of the piezoelectric actuator 22 and the leg portion 233 abuts on the cylinder 217.

次に、上記燃料噴射弁200の作動を説明する。圧電アクチュエータ22の駆動部70が伸長していないとき、シリンダ217はノズルスプリング216の付勢力により圧電アクチュエータ22側に移動している。このとき、制御室246には、第一シリンダ孔218とピストン部214とのクリアランス、および第二シリンダ孔219と固定ピストン部221とのクリアランスを介して、収容部242内の高圧燃料が流入し、制御室246と収容部242との燃料圧力が等しくなっている。   Next, the operation of the fuel injection valve 200 will be described. When the drive unit 70 of the piezoelectric actuator 22 is not extended, the cylinder 217 is moved to the piezoelectric actuator 22 side by the urging force of the nozzle spring 216. At this time, high-pressure fuel in the accommodating portion 242 flows into the control chamber 246 through the clearance between the first cylinder hole 218 and the piston portion 214 and the clearance between the second cylinder hole 219 and the fixed piston portion 221. The fuel pressures in the control chamber 246 and the accommodating portion 242 are equal.

この状態のとき、ニードル212は、制御室246内の燃料圧力がピストン部214に作用することによるニードル212に発生する閉弁方向の力と、ノズルスプリング216の付勢力によるニードル212に発生する閉弁方向の力の合計が、収容部242内の高圧燃料がニードル212に作用することによるニードル212に発生する開弁方向の力よりも大きい。このため、ニードル212のシート部213が弁座244に着座し、噴孔243からの燃料の噴射が停止する(図23の状態)。   In this state, the needle 212 is closed by a force in the valve closing direction generated by the needle 212 due to the fuel pressure in the control chamber 246 acting on the piston portion 214 and a force generated by the urging force of the nozzle spring 216. The sum of the forces in the valve direction is larger than the force in the valve opening direction generated in the needle 212 due to the high pressure fuel in the accommodating portion 242 acting on the needle 212. For this reason, the seat part 213 of the needle 212 is seated on the valve seat 244, and the fuel injection from the injection hole 243 is stopped (state shown in FIG. 23).

駆動部70が伸長すると、駆動部70の伸長にともなってシリンダ217が噴孔243側に移動する。第一シリンダ孔218は、第二シリンダ孔219よりも径が小さいため、シリンダ217が噴孔243側に移動すると制御室246内の容積が大きくなる。これにより、制御室246内の燃料圧力がシリンダ217の移動量にともなって低くなる。これにより、上記ニードル212に発生する閉弁方向の力の合計が、開弁方向の力よりも小さくなり、ニードル212が開弁方向に移動し、シート部213が弁座244から離座し、噴孔243からの燃料の噴射が行われる。   When the drive unit 70 extends, the cylinder 217 moves toward the nozzle hole 243 as the drive unit 70 extends. Since the diameter of the first cylinder hole 218 is smaller than that of the second cylinder hole 219, the volume in the control chamber 246 increases when the cylinder 217 moves to the injection hole 243 side. As a result, the fuel pressure in the control chamber 246 decreases as the cylinder 217 moves. Thereby, the total force in the valve closing direction generated in the needle 212 becomes smaller than the force in the valve opening direction, the needle 212 moves in the valve opening direction, and the seat portion 213 is separated from the valve seat 244, Fuel is injected from the injection hole 243.

その後、再び駆動部70が収縮すると、シリンダ217はノズルスプリング216の付勢力により、圧電アクチュエータ22側に移動し、制御室246の容積が小さくなる。これにより、制御室246内の燃料圧力が上昇し、上記閉弁方向の力の合計が、開弁方向の力よりも大きくなる。これにより、シート部213が弁座244に着座し、噴孔243からの燃料の噴射が停止する。   Thereafter, when the drive unit 70 contracts again, the cylinder 217 moves to the piezoelectric actuator 22 side by the urging force of the nozzle spring 216, and the volume of the control chamber 246 decreases. Thereby, the fuel pressure in the control chamber 246 increases, and the total force in the valve closing direction becomes larger than the force in the valve opening direction. Accordingly, the seat portion 213 is seated on the valve seat 244, and fuel injection from the injection hole 243 is stopped.

本発明の第1実施形態による燃料噴射弁を含む燃料供給装置の全体構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the whole structure of the fuel supply apparatus containing the fuel injection valve by 1st Embodiment of this invention. 図1に示す燃料噴射弁を制御する電子制御装置にて実行される制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing performed in the electronic controller which controls the fuel injection valve shown in FIG. 図2における制御処理を行ったときの燃料噴射弁の作動を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the action | operation of a fuel injection valve when the control processing in FIG. 2 is performed. 図1に設けられている圧電アクチュエータにおける圧電体ユニットの斜視図である。It is a perspective view of the piezoelectric body unit in the piezoelectric actuator provided in FIG. 図4に示す圧電体ユニットの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the piezoelectric material unit shown in FIG. 図4に示す圧電体ユニットの一部を拡大した断面図である。It is sectional drawing to which some piezoelectric body units shown in FIG. 4 were expanded. 図4に示す圧電体ユニットの他の例を示す圧電体ユニットの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the piezoelectric body unit which shows the other example of the piezoelectric body unit shown in FIG. 図4に示す圧電体ユニットから発生する荷重と荷重センサ部からの出力との関係を示した特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between a load generated from the piezoelectric unit shown in FIG. 4 and an output from a load sensor unit. 図4に示す圧電体ユニットの荷重センサ部をアクチュエータ室の軸方向一端側、若しくは軸方向他端側に配置させたときの効果を説明するためのピエゾ荷重を示すタイムチャートである。5 is a time chart showing a piezo load for explaining an effect when the load sensor part of the piezoelectric body unit shown in FIG. 4 is arranged on one end side in the axial direction of the actuator chamber or on the other end side in the axial direction. 図4に示す圧電体ユニットの製造工程のうち、電極印刷工程における第一電極印刷シートの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the 1st electrode printing sheet in an electrode printing process among the manufacturing processes of the piezoelectric material unit shown in FIG. 図4に示す圧電体ユニットの製造工程のうち、電極印刷工程における第二電極印刷シートの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the 2nd electrode printing sheet in an electrode printing process among the manufacturing processes of the piezoelectric material unit shown in FIG. 図4に示す圧電体ユニットの製造工程のうち、焼失スリット印刷工程における焼失スリット印刷シートの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the burnout slit printing sheet in a burnout slit printing process among the manufacturing processes of the piezoelectric material unit shown in FIG. 図4に示す圧電体ユニットの一部を拡大した断面図である。It is sectional drawing to which some piezoelectric body units shown in FIG. 4 were expanded. 図4に示す圧電体ユニットの製造工程のうち、圧着工程における予備積層体の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the preliminary | backup laminated body in a crimping | compression-bonding process among the manufacturing processes of the piezoelectric material unit shown in FIG. 図4に示す圧電体ユニットの製造工程のうち、積層体切断工程における予備積層体の構成を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of the preliminary | backup laminated body in a laminated body cutting process among the manufacturing processes of the piezoelectric material unit shown in FIG. 図4に示す圧電体ユニットの製造工程のうち、積層体切断工程にて切断された後の中間積層体の構成を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of the intermediate | middle laminated body after cut | disconnecting at the laminated body cutting process among the manufacturing processes of the piezoelectric material unit shown in FIG. 第2実施形態による圧電アクチュエータにおける圧電体ユニットの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the piezoelectric body unit in the piezoelectric actuator by 2nd Embodiment. 図17に示す圧電体ユニットの一部を拡大した断面図である。FIG. 18 is an enlarged sectional view of a part of the piezoelectric unit shown in FIG. 17. 第3実施形態による圧電アクチュエータにおける圧電体ユニットの一部を拡大した断面図である。It is sectional drawing to which some piezoelectric body units in the piezoelectric actuator by 3rd Embodiment were expanded. 第4実施形態による圧電アクチュエータにおける圧電体ユニットの一部を拡大した断面図である。It is sectional drawing to which some piezoelectric material units in the piezoelectric actuator by 4th Embodiment were expanded. 第5実施形態による圧電アクチュエータにおける圧電体ユニットの一部を拡大した断面図である。It is sectional drawing to which some piezoelectric body units in the piezoelectric actuator by 5th Embodiment were expanded. 第6実施形態による圧電アクチュエータにおける圧電体ユニットの一部を拡大した断面図である。It is sectional drawing to which some piezoelectric material units in the piezoelectric actuator by 6th Embodiment were expanded. 第7実施形態による燃料噴射弁の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the fuel injection valve by 7th Embodiment. 図23の固定ピストンのXXIV視図である。It is a XXIV view of the fixed piston of FIG. (a)は図23のプッシュプレートの正面図、(b)はそのプッシュプレートの下面図である。(A) is a front view of the push plate of FIG. 23, (b) is a bottom view of the push plate.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料供給装置、2 燃料噴射弁、3 駆動回路、4 電子制御装置(ECU)、8 リターン経路、9 背圧弁、10 燃料タンク、11 ノズル、12 ニードル、16 ノズルスプリング、17 ノズルシリンダ、18 制御弁、19 弁体、20 バルブスプリング、21 アクチュエータ部、22 圧電アクチュエータ、23 圧電体ユニット、30 変位伝達部、34 液室、40 ボデー、41 燃料入口部、43 収容部、44 噴孔、46 高圧燃料通路、47 高圧連絡通路、48 低圧燃料通路、49 低圧連絡通路、50 連絡通路、52 制御室、53 バルブ室、54 低圧側シート面、55 高圧側シート面、56 アクチュエータ室、57 固定端、60 荷重センサ部、61 ピエゾ素子層、62a・62b 内部電極層、63 センサ部側終端内部電極層、64a・64b 電極露出部、65a 正極側外部電極、65b 負極側外部電極、70 駆動部、71 ピエゾ素子層、72a・72b 内部電極層、73 駆動部側終端内部電極層、74a・74b 電極露出部、75a 正極側外部電極、75b 負極側外部電極、80 接続層、81 ピエゾ素子層、82 内部電極層、100 グリーンシート、101a 電極材料、101b 電極材料、102 印刷領域、110a 第一電極印刷シート、110b 第二電極印刷シート、111 焼失スリット印刷シート、112 焼失スリット層、130 予備積層体、140 中間積層体   1 fuel supply device, 2 fuel injection valve, 3 drive circuit, 4 electronic control unit (ECU), 8 return path, 9 back pressure valve, 10 fuel tank, 11 nozzle, 12 needle, 16 nozzle spring, 17 nozzle cylinder, 18 control Valve, 19 Valve body, 20 Valve spring, 21 Actuator part, 22 Piezoelectric actuator, 23 Piezoelectric unit, 30 Displacement transmission part, 34 Liquid chamber, 40 Body, 41 Fuel inlet part, 43 Housing part, 44 Injection hole, 46 High pressure Fuel passage, 47 high pressure communication passage, 48 low pressure fuel passage, 49 low pressure communication passage, 50 communication passage, 52 control chamber, 53 valve chamber, 54 low pressure side seat surface, 55 high pressure side seat surface, 56 actuator chamber, 57 fixed end, 60 Load sensor part, 61 Piezo element layer, 62a and 62b Internal electrode layer, 63 Sensor unit side termination internal electrode layer, 64a / 64b electrode exposed portion, 65a positive electrode side external electrode, 65b negative electrode side external electrode, 70 drive unit, 71 piezo element layer, 72a / 72b internal electrode layer, 73 drive unit side termination internal electrode Layer, 74a / 74b electrode exposed portion, 75a positive electrode external electrode, 75b negative electrode external electrode, 80 connection layer, 81 piezo element layer, 82 internal electrode layer, 100 green sheet, 101a electrode material, 101b electrode material, 102 printing area 110a first electrode printing sheet, 110b second electrode printing sheet, 111 burnout slit printing sheet, 112 burnout slit layer, 130 preliminary laminate, 140 intermediate laminate

Claims (11)

複数の圧電体層と複数の内部電極層とが積層されてなる圧電体ユニットを有する圧電アクチュエータであって、
前記圧電体ユニットは、前記圧電体層と前記圧電体層を挟む一対の前記内部電極層を含み、前記内部電極層を介して前記圧電体層に印加する電圧に応じて歪む駆動部と、前記圧電体層と前記圧電体層を挟む一対の前記内部電極層を含み、前記圧電体層に作用する荷重に応じた荷重信号を前記内部電極層を介して出力する荷重センサ部とを備え、
前記駆動部の前記圧電体層に電圧が印加される際の前記駆動部における前記内部電極層の極性は、一方の前記内部電極層が正側に、他方の前記内部電極層が負側となり、
前記荷重センサ部に荷重が作用した際の前記荷重センサ部における前記内部電極層の極性は、一方の前記内部電極層が正側に、他方の前記内部電極層が負側となり、
前記駆動部における前記内部電極層のうち、前記駆動部に電圧が印加されたときの前記荷重センサ部に最も近くに配置される駆動部側終端内部電極層の極性、および前記荷重センサ部における前記内部電極層のうち、前記荷重センサ部に荷重が作用したときの前記駆動部に最も近くに配置されるセンサ部側終端内部電極層の極性は、共に負側であることを特徴とする圧電アクチュエータ。
A piezoelectric actuator having a piezoelectric unit formed by laminating a plurality of piezoelectric layers and a plurality of internal electrode layers,
The piezoelectric unit includes a pair of internal electrode layers sandwiching the piezoelectric layer and the piezoelectric layer, and a drive unit that is distorted according to a voltage applied to the piezoelectric layer via the internal electrode layer; A load sensor unit including a piezoelectric layer and a pair of internal electrode layers sandwiching the piezoelectric layer, and outputting a load signal corresponding to a load acting on the piezoelectric layer via the internal electrode layer;
The polarity of the internal electrode layer in the drive unit when a voltage is applied to the piezoelectric layer of the drive unit is such that one of the internal electrode layers is on the positive side and the other internal electrode layer is on the negative side.
The polarity of the internal electrode layer in the load sensor portion when a load is applied to the load sensor portion is such that one internal electrode layer is on the positive side and the other internal electrode layer is on the negative side,
Of the internal electrode layers in the drive unit, the polarity of the drive unit side terminal internal electrode layer disposed closest to the load sensor unit when a voltage is applied to the drive unit, and the load sensor unit in the load sensor unit Among the internal electrode layers, when the load is applied to the load sensor unit, the polarity of the sensor unit side terminal internal electrode layer disposed closest to the drive unit is both negative, .
前記センサ部終端内部電極層と前記駆動部終端内部電極層との間に接続層が配設され、
前記接続層は、前記圧電体層であって、前記荷重センサ部における前記圧電体層、または前記駆動部における前記圧電体層よりも厚いことを特徴とする請求項1に記載の圧電アクチュエータ。
A connection layer is disposed between the sensor unit termination internal electrode layer and the drive unit termination internal electrode layer,
2. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the connection layer is the piezoelectric layer and is thicker than the piezoelectric layer in the load sensor unit or the piezoelectric layer in the driving unit.
前記センサ部終端内部電極層と前記駆動部終端内部電極層との間に接続層が配設され、
前記接続層は、前記圧電体層と前記内部電極層とが交互に積層されていることを特徴とする請求項1に記載の圧電アクチュエータ。
A connection layer is disposed between the sensor unit termination internal electrode layer and the drive unit termination internal electrode layer,
2. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the connection layer is formed by alternately laminating the piezoelectric layers and the internal electrode layers.
前記駆動部側終端内部電極層と、前記駆動部側終端内部電極層の前記荷重センサ部とは反対側に隣接して配設される前記終端圧電体層は、前記駆動部における他の前記圧電体層よりも厚いことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。   The terminal piezoelectric layer disposed adjacent to the drive unit side termination internal electrode layer and the drive unit side termination internal electrode layer on the opposite side of the load sensor unit is the other piezoelectric element in the drive unit. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the piezoelectric actuator is thicker than the body layer. 前記圧電体ユニットは、前記荷重センサ部を構成する前記圧電体層および前記内部電極層と、前記駆動部を構成する前記圧電体層および前記内部電極層とを有する積層焼成体であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。   The piezoelectric unit is a laminated fired body having the piezoelectric layer and the internal electrode layer constituting the load sensor unit, and the piezoelectric layer and the internal electrode layer constituting the drive unit. The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 4. 前記圧電体ユニットは、前記荷重センサ部を構成する前記圧電体層および前記内部電極層と、前記駆動部の一部分を構成する前記圧電体層および前記内部電極層とを有する積層焼成体であるセンサ部付圧電体ユニットと、前記駆動部の他の部分を構成する前記圧電体層および前記内部電極層を有する積層焼成体である駆動部圧電体ユニットとから構成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。   The piezoelectric unit is a laminated fired body having the piezoelectric layer and the internal electrode layer constituting the load sensor unit, and the piezoelectric layer and the internal electrode layer constituting a part of the driving unit. It is comprised from the piezoelectric part unit with a part, and the drive part piezoelectric material unit which is the laminated fired body which has the said piezoelectric material layer and the said internal electrode layer which comprise the other part of the said drive part. Item 5. The piezoelectric actuator according to any one of Items 1 to 4. 前記圧電体ユニットは、前記荷重センサ部を構成する前記圧電体層および前記内部電極層を有する積層焼成体であるセンサ部圧電体ユニットと、前記駆動部を構成する前記圧電体層および前記内部電極層を有する積層焼成体である駆動部圧電体ユニットとから構成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。   The piezoelectric unit includes a sensor unit piezoelectric unit that is a laminated fired body including the piezoelectric layer and the internal electrode layer constituting the load sensor unit, and the piezoelectric layer and the internal electrode constituting the driving unit. 5. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the piezoelectric actuator includes a drive unit piezoelectric unit that is a laminated fired body having layers. 前記荷重センサ部は、前記圧電体ユニットのいずれか一方の端部に形成されていることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。   The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 7, wherein the load sensor unit is formed at one end of the piezoelectric unit. 燃料が噴射される噴孔、前記噴孔に高圧燃料を供給する高圧燃料通路を有するボデーと、
前記ボデーに収容され、前記噴孔と前記高圧燃料通路との断続を制御する弁部材と、
前記高圧燃料通路と連通し、前記弁部材に作用することにより開弁方向の力を発生させる前記高圧燃料通路からの高圧燃料を溜める第一液圧室と、
前記高圧燃料通路と連通し、前記弁部材に作用することにより閉弁方向の力を発生させる前記高圧燃料通路からの高圧燃料を溜める第二液圧室と、
前記ボデーに収容され、前記第一液圧室または前記第二液圧室のいずれかの燃料圧力を制御する制御弁と、
請求項1から8のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータの変位を前記制御弁に伝達する変位伝達部と、
を備えることを特徴とする燃料噴射弁。
An injection hole through which fuel is injected, a body having a high-pressure fuel passage for supplying high-pressure fuel to the injection hole;
A valve member that is housed in the body and controls the intermittent connection between the nozzle hole and the high-pressure fuel passage;
A first hydraulic pressure chamber for storing high-pressure fuel from the high-pressure fuel passage that communicates with the high-pressure fuel passage and generates force in the valve opening direction by acting on the valve member;
A second hydraulic pressure chamber for storing high-pressure fuel from the high-pressure fuel passage that communicates with the high-pressure fuel passage and generates a force in a valve closing direction by acting on the valve member;
A control valve housed in the body for controlling the fuel pressure of either the first hydraulic chamber or the second hydraulic chamber;
The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 8,
A displacement transmitting portion for transmitting the displacement of the piezoelectric actuator to the control valve;
A fuel injection valve comprising:
燃料が噴射される噴孔、前記噴孔に高圧燃料を供給する高圧燃料通路を内部に有するボデーと、
前記ボデーに収容され、前記噴孔と前記高圧燃料通路との断続を制御する弁部材と、
前記高圧燃料通路と連通し、前記弁部材に作用することにより開弁方向の力を発生させる前記高圧燃料通路からの高圧燃料を溜める第一液圧室と、
前記高圧燃料通路と連通し、前記弁部材に作用することにより閉弁方向の力を発生させる前記高圧燃料通路からの高圧燃料を溜める第二液圧室と、
前記ボデーに収容され、移動することにより前記第一液圧室または前記第二液圧室のいずれかまたは両方の容積を変化させ、燃料圧力を制御するシリンダと、
前記シリンダを直接駆動する請求項1から8のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータと、
を備えることを特徴とする燃料噴射弁。
An injection hole through which fuel is injected, and a body having a high-pressure fuel passage for supplying high-pressure fuel to the injection hole;
A valve member that is housed in the body and controls the intermittent connection between the nozzle hole and the high-pressure fuel passage;
A first hydraulic pressure chamber for storing high-pressure fuel from the high-pressure fuel passage that communicates with the high-pressure fuel passage and generates force in the valve opening direction by acting on the valve member;
A second hydraulic pressure chamber for storing high-pressure fuel from the high-pressure fuel passage that communicates with the high-pressure fuel passage and generates a force in a valve closing direction by acting on the valve member;
A cylinder that is accommodated in the body and moves to change the volume of either the first hydraulic chamber or the second hydraulic chamber or both, and to control the fuel pressure;
The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 8, which directly drives the cylinder;
A fuel injection valve comprising:
前記ボデーには、請求項1から8のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータを収容するアクチュエータ室が形成されており、
前記圧電アクチュエータは、前記弁部材とは反対側に位置する前記アクチュエータ室の固定端側に前記荷重センサ部が位置するように前記アクチュエータ室に収容されていることを特徴とする請求項9または10に記載の燃料噴射弁。
The body is formed with an actuator chamber that accommodates the piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 8,
11. The piezoelectric actuator is housed in the actuator chamber so that the load sensor portion is positioned on a fixed end side of the actuator chamber positioned on the opposite side to the valve member. The fuel injection valve described in 1.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014510233A (en) * 2011-04-07 2014-04-24 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング Fuel injector
CN106486594A (en) * 2016-10-12 2017-03-08 哈尔滨工业大学 Piezoelectric Self-Sensing Actuator and its filtering method of electric jamming
WO2019167708A1 (en) * 2018-03-02 2019-09-06 株式会社ジャパンエンジンコーポレーション Fluid pump for ship and method for controlling same

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012204272B4 (en) * 2012-03-19 2021-10-28 Vitesco Technologies GmbH Method for operating a fuel injection system with control of the injection valve to increase the quantity accuracy and fuel injection system
DE102013206933A1 (en) * 2013-04-17 2014-10-23 Continental Automotive Gmbh Modular actuator unit for an injection valve
DE102013012444A1 (en) 2013-07-29 2015-01-29 Astrium Gmbh Valve assembly for switching and / or regulating a media flow of a spacecraft and spacecraft
DE102016204888A1 (en) * 2016-03-23 2017-03-16 Continental Automotive Gmbh Piezoelectric actuator unit and manufacturing method for producing an actuator unit
FR3122053A1 (en) * 2021-04-15 2022-10-21 Psa Automobiles Sa piezo-hydraulic device for multiplying a force from a piezoelectric element

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10288119A (en) 1997-04-18 1998-10-27 Nissan Motor Co Ltd Driving device of fuel injection valve
DE19927087A1 (en) 1999-06-15 2000-12-21 Bosch Gmbh Robert Arrangement for charging and discharging several piezoelectric elements e.g. for fuel injectors in IC engine, has piezoelectric elements divided into groups, each able to be mutually independently charged or discharged

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014510233A (en) * 2011-04-07 2014-04-24 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング Fuel injector
CN106486594A (en) * 2016-10-12 2017-03-08 哈尔滨工业大学 Piezoelectric Self-Sensing Actuator and its filtering method of electric jamming
CN106486594B (en) * 2016-10-12 2019-01-11 哈尔滨工业大学 The filtering method of Piezoelectric Self-Sensing Actuator and its electric jamming
WO2019167708A1 (en) * 2018-03-02 2019-09-06 株式会社ジャパンエンジンコーポレーション Fluid pump for ship and method for controlling same
CN111788381A (en) * 2018-03-02 2020-10-16 日本发动机股份有限公司 Fluid pump for ship and control method thereof

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