JPH04224269A - 圧電駆動装置付き弁 - Google Patents
圧電駆動装置付き弁Info
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- JPH04224269A JPH04224269A JP3069315A JP6931591A JPH04224269A JP H04224269 A JPH04224269 A JP H04224269A JP 3069315 A JP3069315 A JP 3069315A JP 6931591 A JP6931591 A JP 6931591A JP H04224269 A JPH04224269 A JP H04224269A
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- JP
- Japan
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- valve
- steel fork
- piezoelectric
- change
- piezoelectric actuator
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Links
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
- F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
- F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、圧電駆動装置付き弁
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】或る種の制御シーケンスの場合には短い
応答時間を有する弁が必要である。特に内燃機関におけ
る電子制御燃料噴射の場合には、短い噴射時間（０．２
ｍｓ）を達成するために極めて小さい開閉時間を有する
噴射弁が必要となる。ゆっくりと閉じる弁は滴を形成す
る傾向がありかつ配量精度が劣るおそれがある。
応答時間を有する弁が必要である。特に内燃機関におけ
る電子制御燃料噴射の場合には、短い噴射時間（０．２
ｍｓ）を達成するために極めて小さい開閉時間を有する
噴射弁が必要となる。ゆっくりと閉じる弁は滴を形成す
る傾向がありかつ配量精度が劣るおそれがある。
【０００３】従来の技術に基づき構成された噴射弁は一
般に電磁的原理に基づく弁駆動装置を有する。この種の
弁は電磁石により開かれる。復帰ばねが励磁電流の遮断
の後に弁を閉じる。小さい開時間を達成するためにこの
種の弁は、大きい励磁アンペア数の強いパルスにより短
時間トリガされ、次に比較的小さい保持電流へ切り換え
られる。単一の電磁コイルを有する電磁弁の場合には、
二乗の電流／力特性のために閉過程は電気的に影響され
ない。閉過程は必要な復帰ばねのばね定数と弁体の可動
質量とに専ら関係する。
般に電磁的原理に基づく弁駆動装置を有する。この種の
弁は電磁石により開かれる。復帰ばねが励磁電流の遮断
の後に弁を閉じる。小さい開時間を達成するためにこの
種の弁は、大きい励磁アンペア数の強いパルスにより短
時間トリガされ、次に比較的小さい保持電流へ切り換え
られる。単一の電磁コイルを有する電磁弁の場合には、
二乗の電流／力特性のために閉過程は電気的に影響され
ない。閉過程は必要な復帰ばねのばね定数と弁体の可動
質量とに専ら関係する。
【０００４】この発明は、短い所定の開閉時間を達成す
るために、圧電アクチュエータの駆動電圧ともたらされ
る変位との間にほぼ線形関係を有する圧電駆動装置を用
いることにより、弁を積極的に開閉することができると
いう知見に基づいている。それにより噴射量と噴射時間
との所望の比例性を、極めて小さい噴射時間の場合にも
達成することができる。
るために、圧電アクチュエータの駆動電圧ともたらされ
る変位との間にほぼ線形関係を有する圧電駆動装置を用
いることにより、弁を積極的に開閉することができると
いう知見に基づいている。それにより噴射量と噴射時間
との所望の比例性を、極めて小さい噴射時間の場合にも
達成することができる。
【０００５】しかしながら圧電アクチュエータの欠点は
、比較的小さいたわみ（１〜２‰）しか得られないので
、このアクチュエータを弁のためのアクチュエータとし
て直接用いることができないということにある。
、比較的小さいたわみ（１〜２‰）しか得られないので
、このアクチュエータを弁のためのアクチュエータとし
て直接用いることができないということにある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、簡
単かつ経済的な方法で製造することができ、極めて小さ
い応答時間の要求を所定の達成可能な弁配置の場合にも
満たすような、前記の種類の弁を提供することにある。
単かつ経済的な方法で製造することができ、極めて小さ
い応答時間の要求を所定の達成可能な弁配置の場合にも
満たすような、前記の種類の弁を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題はこの発明に基
づき、圧電アクチュエータのたわみの振幅増幅のために
、所定のレバーアーム比を備えたレバー機構が設けられ
、その際この機構の変位可能な端部に弁棒が取り付けら
れていることを特徴とする圧電駆動装置を備えた弁によ
り解決される。
づき、圧電アクチュエータのたわみの振幅増幅のために
、所定のレバーアーム比を備えたレバー機構が設けられ
、その際この機構の変位可能な端部に弁棒が取り付けら
れていることを特徴とする圧電駆動装置を備えた弁によ
り解決される。
【０００８】
【実施例】次にこの発明に基づく圧電駆動装置を備えた
弁の一実施例を示す図面により、この発明を詳細に説明
する。
弁の一実施例を示す図面により、この発明を詳細に説明
する。
【０００９】図１に示すようにこの発明に基づき、弁の
駆動は圧電アクチュエータとして働く棒状の圧電セラミ
ック素子１により行われ、この素子は正方形断面を有し
１０ｍｍ×１０ｍｍ×３２ｍｍの寸法を持たせて形成さ
れるのが有利である。この素子は１５０Ｖまでの電圧で
駆動され、１５０Ｖの場合に４０μｍのたわみを達成す
る。噴射弁を開くために一般に用いられる値（１００μ
ｍ）にたわみを増幅するために、圧電アクチュエータは
ばね弾性を有するＵ字形鋼製フォーク２の内側に挟み込
まれる。圧電アクチュエータがたわむ場合には、鋼製フ
ォーク２の自由端がレバー効果により押し離される。鋼
製フォーク２は自由端相互の間隔変化が圧電アクチュエ
ータの当該表面間隔変化より４倍大きいように設計され
るのが有利である。鋼製フォーク２の一方の自由端には
、前端部に弁座を有する１００ｍｍの長さの弁筒４がブ
ッシングを介して強固に取り付けられる。鋼製フォーク
２の他方の自由端には弁棒１が取り付けられ、弁棒はブ
ッシングを貫いて延び弁筒４の中で導かれ前端部にニー
ドル弁体を有する。弁筒４と弁棒１とは相対的に移動可
能である。弁筒４の内部では弁棒１がブッシングで封止
されている。燃料入口は弁筒４の後端部に設けられてい
る。
駆動は圧電アクチュエータとして働く棒状の圧電セラミ
ック素子１により行われ、この素子は正方形断面を有し
１０ｍｍ×１０ｍｍ×３２ｍｍの寸法を持たせて形成さ
れるのが有利である。この素子は１５０Ｖまでの電圧で
駆動され、１５０Ｖの場合に４０μｍのたわみを達成す
る。噴射弁を開くために一般に用いられる値（１００μ
ｍ）にたわみを増幅するために、圧電アクチュエータは
ばね弾性を有するＵ字形鋼製フォーク２の内側に挟み込
まれる。圧電アクチュエータがたわむ場合には、鋼製フ
ォーク２の自由端がレバー効果により押し離される。鋼
製フォーク２は自由端相互の間隔変化が圧電アクチュエ
ータの当該表面間隔変化より４倍大きいように設計され
るのが有利である。鋼製フォーク２の一方の自由端には
、前端部に弁座を有する１００ｍｍの長さの弁筒４がブ
ッシングを介して強固に取り付けられる。鋼製フォーク
２の他方の自由端には弁棒１が取り付けられ、弁棒はブ
ッシングを貫いて延び弁筒４の中で導かれ前端部にニー
ドル弁体を有する。弁筒４と弁棒１とは相対的に移動可
能である。弁筒４の内部では弁棒１がブッシングで封止
されている。燃料入口は弁筒４の後端部に設けられてい
る。
【００１０】圧電アクチュエータのたわみの無い状態で
は、弁体が弁座に当たりそれにより弁を閉じる。圧電ア
クチュエータがたわむと（最大で４０μｍ）、ニードル
弁体が鋼製フォーク２の振幅増幅により１６０μｍまで
のリフトを行い弁を開く。
は、弁体が弁座に当たりそれにより弁を閉じる。圧電ア
クチュエータがたわむと（最大で４０μｍ）、ニードル
弁体が鋼製フォーク２の振幅増幅により１６０μｍまで
のリフトを行い弁を開く。
【００１１】圧電アクチュエータの非常に大きい阻止力
により、鋼製枠すなわち鋼製フォーク２のばね定数を、
アクチュエータが常に（収縮した場合にも）鋼製枠の機
械的初応力を受けるように高く選ぶことができる。それ
により弁を積極的に閉じることができる。
により、鋼製枠すなわち鋼製フォーク２のばね定数を、
アクチュエータが常に（収縮した場合にも）鋼製枠の機
械的初応力を受けるように高く選ぶことができる。それ
により弁を積極的に閉じることができる。
【００１２】
【発明の効果】この発明の弁により１００μｓ以下の開
閉時間を実現することができる。この特性は１００００
ｒｐｍのエンジン回転速度でさえ十分である。極めて短
い噴射時間（０．２ｍｓ未満）により、作動サイクル当
たり多重噴射を実現することができるので有利であり、
このことは燃焼過程の所望の最適化のために利用するこ
とができる。
閉時間を実現することができる。この特性は１００００
ｒｐｍのエンジン回転速度でさえ十分である。極めて短
い噴射時間（０．２ｍｓ未満）により、作動サイクル当
たり多重噴射を実現することができるので有利であり、
このことは燃焼過程の所望の最適化のために利用するこ
とができる。
【００１３】弁は更に噴射量を、駆動電圧により可変な
弁リフトを介して制御できるという長所を有する。それ
により弁体の二つの固定終端位置しか有しない噴射弁に
比べて、燃料配量の補助的な可能性が与えられる。
弁リフトを介して制御できるという長所を有する。それ
により弁体の二つの固定終端位置しか有しない噴射弁に
比べて、燃料配量の補助的な可能性が与えられる。
【００１４】圧電アクチュエータの高い阻止力に基づき
、エンジン近傍の他の構成要素のための空間獲得を達成
するために、駆動装置を長い弁筒により弁座から比較的
遠くに（１００ｍｍ）離して配置することができる。
、エンジン近傍の他の構成要素のための空間獲得を達成
するために、駆動装置を長い弁筒により弁座から比較的
遠くに（１００ｍｍ）離して配置することができる。
【図１】この発明に基づく圧電駆動装置付き弁の一実施
例の縦断面図である。
例の縦断面図である。
１ 弁棒
２ 鋼製フォーク
３ 圧電セラミック素子
４ 弁筒
Claims (7)
- 【請求項１】 圧電アクチュエータのたわみの振幅増
幅のために、所定のレバーアーム比を備えたレバー機構
が設けられ、その際この機構の変位可能な端部に弁棒（
１）が取り付けられていることを特徴とする圧電駆動装
置付き弁。 - 【請求項２】 レバー機構がばね弾性を有するＵ字形
鋼製フォーク（２）から成り、このフォークの脚の間に
圧電アクチュエータが挟み込まれていることを特徴とす
る請求項１記載の弁。 - 【請求項３】 圧電アクチュエータとして、駆動電圧
とこの電圧によりもたらされる素子表面間隔変化従って
弁棒（１）の変位との間にほぼ線形関係の特性を有する
圧電セラミック素子（３）が用いられることを特徴とす
る請求項１又は２記載の弁。 - 【請求項４】 鋼製フォーク（２）は、鋼製フォーク
（２）の自由端間の間隔変化が圧電セラミック素子（３
）の表面間隔変化より４倍大きいように構成されている
ことを特徴とする請求項３記載の弁。 - 【請求項５】 圧電セラミック素子（３）が１０ｍｍ
×１０ｍｍ×３２ｍｍの寸法の正方形断面を有する棒状
体として構成され、１５０Ｖの電圧を印加した場合に４
０μｍの長さ変化を行うことを特徴とする請求項１ない
し４の一つに記載の弁。 - 【請求項６】 鋼製フォーク（２）の位置固定された
他方の自由端に弁筒（４）が配置され、弁筒の前端部に
弁の弁座が設けられ、鋼製フォーク（２）の変位可能な
端部に取り付けられた弁棒（１）が、鋼製フォーク（２
）のブッシングを貫いて延び弁筒（４）の中で導かれ、
その際弁筒（４）と弁棒（１）とが相対的に移動可能で
あることを特徴とする請求項１ないし５の一つに記載の
弁。 - 【請求項７】 弁が燃料噴射弁であることを特徴とす
る請求項１ないし６の一つに記載の弁。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP90104537A EP0445340B1 (de) | 1990-03-09 | 1990-03-09 | Ventil mit piezoelektrischem Antrieb |
| EP90104537.7 | 1990-03-09 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04224269A true JPH04224269A (ja) | 1992-08-13 |
Family
ID=8203739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3069315A Withdrawn JPH04224269A (ja) | 1990-03-09 | 1991-03-08 | 圧電駆動装置付き弁 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5094429A (ja) |
| EP (1) | EP0445340B1 (ja) |
| JP (1) | JPH04224269A (ja) |
| AT (1) | ATE115683T1 (ja) |
| DE (1) | DE59008025D1 (ja) |
Families Citing this family (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5271226A (en) * | 1992-04-24 | 1993-12-21 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Commerce | High speed, amplitude variable thrust control |
| DE4220177A1 (de) * | 1992-06-19 | 1993-12-23 | Marco Systemanalyse Entw | Vorrichtung zur Betätigung eines Ventilelementes |
| DE4302457A1 (de) * | 1993-01-29 | 1994-08-04 | Schlattl Werner Bavaria Tech | Punktschweißzange und Betätigungselement für eine solche Zange |
| US20030193413A1 (en) * | 1993-05-18 | 2003-10-16 | Jones M. Kelly | Business methods for notification systems |
| DE4323148B4 (de) * | 1993-07-10 | 2004-04-22 | Audi Ag | Vorrichtung zum Widerstandsschweißen von Blechen |
| DE4411569C1 (de) * | 1994-04-02 | 1995-07-20 | Itw Dynatec Gmbh Klebetechnik | Auftragskopf zur dosierten Abgabe von strömenden Medien |
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| JP4064527B2 (ja) * | 1998-06-02 | 2008-03-19 | Ｎｅｃトーキン株式会社 | アクチュエータ装置 |
| DE19843578A1 (de) * | 1998-09-23 | 2000-03-30 | Bosch Gmbh Robert | Brennstoffeinspritzventil |
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| AU2001243481A1 (en) | 2000-03-07 | 2001-09-17 | Viking Technologies, Inc. | Method and system for automatically tuning a stringed instrument |
| US6717332B2 (en) | 2000-04-18 | 2004-04-06 | Viking Technologies, L.C. | Apparatus having a support structure and actuator |
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| US6759790B1 (en) | 2001-01-29 | 2004-07-06 | Viking Technologies, L.C. | Apparatus for moving folded-back arms having a pair of opposing surfaces in response to an electrical activation |
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| EP2764245B1 (en) * | 2011-09-21 | 2017-10-25 | Sanofi-Aventis Deutschland GmbH | Peristaltic pump and method of transporting material with a peristaltic pump |
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- 1990-03-09 AT AT90104537T patent/ATE115683T1/de not_active IP Right Cessation
- 1990-03-09 EP EP90104537A patent/EP0445340B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1990-03-09 DE DE59008025T patent/DE59008025D1/de not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-02-08 US US07/652,541 patent/US5094429A/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-03-08 JP JP3069315A patent/JPH04224269A/ja not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| EP0445340B1 (de) | 1994-12-14 |
| DE59008025D1 (de) | 1995-01-26 |
| EP0445340A1 (de) | 1991-09-11 |
| ATE115683T1 (de) | 1994-12-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980514 |