專利名稱：具有多功能彈簧的壓電致動器及使用該壓電致動器的裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明整體上涉及壓電裝置，更具體地，涉及一種在用于壓電裝置的致動器中使 用的多功能彈簧。
背景技術(shù)：
由于諸如致動器的壓電裝置在各種應用中在改進的精確性、堅固性和可靠性方面 具有很好的前景，近年來這些壓電裝置受到關注。在燃料噴射器領域中，壓電致動器通常與 控制閥聯(lián)接，以控制燃料噴射事件的定時、持續(xù)時間或速率形狀。一般而言，壓電致動器包 括一個或多個壓電元件，壓電元件在被施加電勢時經(jīng)歷構(gòu)形改變。在如上所述具有控制閥 的燃料噴射器的情況下，這種現(xiàn)象發(fā)揮作用以相對精確地控制感興趣的與致動器聯(lián)接的部 件的位置。盡管近些年來對壓電致動器的關注度越來越高，但它們尚未在燃料系統(tǒng)中獲得 廣泛的商業(yè)利用。有關用在這種致動器中的壓電元件的制造、組裝和操作的問題對于燃料 系統(tǒng)制造商而言，仍具有挑戰(zhàn)性。壓電致動器的一個問題涉及在其中使用的壓電元件上設置“預加載”。如熟悉壓電 致動器的技術(shù)人員能夠理解的，壓電元件通常必須保持壓縮，用于使其可預測地并且可靠 地響應于所施加的電勢。關于壓電致動器的許多提議將致動器與迅速運動以控制燃料噴射 器中的較大體積燃料的壓力和/或流量的相對小、低流量控制閥聯(lián)接。在這些例子中，很明 顯需要可預測性和可靠性。但是，在致動器的壓電元件上的預加載過高或過低的情況下，壓 電元件不會表現(xiàn)得如期望的那樣。在相關的方式中，許多針對壓電致動器設計和組裝的早先的策略在很大程度上受 預加載問題的驅(qū)動。換句話說，迄今為止，諸如減少零部件數(shù)量、降低部件的復雜性或消除 組裝步驟等傳統(tǒng)的制造目標對于許多設計者而言并不是優(yōu)先考慮的。因此，現(xiàn)有技術(shù)的制 造策略趨于相對復雜，并且壓電致動器在很多情況下制造成本較高。Oakley等人的美國 專利No. 7145282 B2中提出了一種已知的具有相對少量的零部件的壓電致動器裝置。在 Oakley等人提出的設計中，聲稱壓電盤的堆疊的預加載經(jīng)由用于致動器的外殼的彈性而獲 得。這似乎由于預加載元件被集成到外殼中而提供了不需要單獨元件來施加預加載的優(yōu) 點。然而，一個缺點在于利用Oakley等人的精確預加載會是相對困難的。

發(fā)明內(nèi)容
一個方面，提供一種致動器，包括殼體、能夠定位在殼體中的壓電元件，以及也能 夠定位在殼體中并且能夠向壓電元件施加預加載力的多功能彈簧。多功能彈簧包括第一區(qū) 段、第二區(qū)段和第三區(qū)段，第一區(qū)段具有能夠在致動器的操作過程中轉(zhuǎn)換壓電元件的運動 的活塞，第二區(qū)段具有至少一個彎曲元件，第三區(qū)段具有第一組螺紋，該第一組螺紋能夠與 致動器的第二組螺紋接合以將第二區(qū)段拉伸到對應于預加載力的狀態(tài)。另一方面，提供一種壓電致動裝置，包括主體、設置在主體中的閥，以及用于閥的 致動器，致動器包括與主體聯(lián)接的殼體和設置在殼體中的壓電元件。致動器還包括向壓電元件施加預加載力的多功能彈簧。多功能彈簧包括第一區(qū)段、第二區(qū)段和第三區(qū)段，第一區(qū) 段具有能夠在致動器的操作過程中轉(zhuǎn)換壓電元件的運動的活塞，第二區(qū)段具有至少一個彎 曲元件，第三區(qū)段具有第一組螺紋。第一組螺紋與致動器的第二組螺紋接合并且將第二區(qū) 段保持在與預加載力相對應的張緊狀態(tài)。又一方面，提供一種用于壓電致動器的多功能彈簧，該多功能彈簧包括彈簧主 體，其具有第一端、第二端和在第一端和第二端之間延伸的一長度，以及在第一端和第二端 之間延伸且能夠接收壓電元件的腔。彈簧主體還具有各自包括所述長度的一部分的多個區(qū) 段，其中具有第一區(qū)段，第一區(qū)段在第一端處封閉腔并且包括能夠在其致動的過程中轉(zhuǎn)換 位于腔中的壓電元件的運動的活塞。彈簧主體還包括第二區(qū)段和第三區(qū)段，第二區(qū)段包括 至少一個彎曲元件，第三區(qū)段包括一組螺紋，所述一組螺紋能夠與用于拉伸第二區(qū)段以預 加載位于腔中的壓電元件的相關聯(lián)的壓電致動器的另一組螺紋接合。


圖1是根據(jù)一種實施方式的多功能彈簧的側(cè)視圖；圖2是根據(jù)另一種實施方式的多功能彈簧的側(cè)視圖；圖3是根據(jù)一種實施方式的致動器的分解圖；圖4是根據(jù)另一種實施方式的致動器的分解圖；圖5是圖3的致動器的側(cè)面剖視圖；圖6是根據(jù)一種實施方式的燃料噴射器的側(cè)面剖視圖；以及圖7是根據(jù)又一種實施方式的致動器的側(cè)面剖視圖。
具體實施例方式參照圖1，其示出了根據(jù)一種實施方式的彈簧10。彈簧10包括多功能彈簧，其可 以用在壓電致動器中，用于例如向壓電元件施加預加載，如這里進一步描述的。術(shù)語“多功 能”應當被理解為是指該彈簧10具有能夠使其在其目標操作環(huán)境中用于多于一種目的的特 征和操作特性，如從以下的描述中進一步清楚的。彈簧10以及這里設想的其它彈簧可以以 這樣一種方式設計，即，對采用根據(jù)本發(fā)明的彈簧的致動器和相關裝置的制造和組裝與許 多早先的設計相比也更相對簡單并且更容易。彈簧10可以具有彈簧主體11，其長度為L，寬度為W，寬度W可以是長度L的兩倍 或更多倍，但通常小于長度L的大約五倍。彈簧10還可以包括多個區(qū)段12、14和16，每個 區(qū)段包括長度L的一部分。換句話說，如這里描述的彈簧10或彈簧主體11的“區(qū)段”可以 被限定為彈簧10或彈簧主體11的在垂直于長度L的假想平面處彼此隔開的部分。在一種 實施方式中，第一區(qū)段12包括鄰接彈簧10的第一終端18的端部區(qū)段，第二區(qū)段14包括鄰 接區(qū)段12的中間區(qū)段，第三區(qū)段16包括鄰接區(qū)段14并且也鄰接彈簧10的第二終端20的 另一端部區(qū)段。第三區(qū)段16可以包括一個或多個平面部分15，以便在制造和/或組裝過程 中能夠保持彈簧主體11。在一種實施方式中，區(qū)段12、14和16中的至少兩個區(qū)段并且通常 為所有的區(qū)段具有相等的寬度。第一區(qū)段12可以包括能夠以在這里進一步描述的方式在 壓電元件的致動過程中轉(zhuǎn)換定位在彈簧10中的壓電元件的運動的活塞22。在一種實施方 式中，活塞22在與長度L對準的方向上的厚度可以等于或大于長度L的大約二十分之一。也簡單地參照圖3，可以注意到腔13形成在彈簧主體11中。腔13可以在第一端18和第二 端20之間延伸?；钊?2可以在第一端18附近封閉腔13，并且形成在彈簧主體11中的孔 37可以從第二端20延伸以連接腔13和/或包括腔13。返回圖1，第一區(qū)段12還可以包括能夠接觸經(jīng)由腔13中的壓電元件的致動而調(diào)節(jié) 的諸如可動閥構(gòu)件或其它部件的閥元件的接觸按鈕24。接觸按鈕24可以是圓柱形的并且 其寬度相對地小于活塞22的寬度，并且活塞22可以如下所述在與彈簧10相關聯(lián)的壓電元 件的致動過程中將出現(xiàn)的彈簧10的伸展和收縮的過程中輔助引導殼體中的彈簧10。在彈 簧10的伸展和收縮過程中，線圈26可以更像盤簧那樣彎曲。在一種實施方式中，第二區(qū)段 14可以具有圓柱形形狀，并且包括至少一個彎曲元件26。在所示的實施方式中，所述至少 一個彎曲元件包括彈性螺旋形線圈26，其大致沿第一區(qū)段12和第三區(qū)段16之間的第二區(qū) 段14的整個長度延伸。螺旋形槽28鄰近并且大致平行于線圈26延伸。在一種實施方式 中可以利用單個螺旋形槽28和單個螺旋形線圈26，但在其他實施方式中，可以利用多個槽 和線圈。彈簧10可以由經(jīng)機加工的金屬材料制成的單件構(gòu)成，例如經(jīng)機加工的鋼桿坯料件 等。在其他實施方式中，彈簧10可以經(jīng)由例如焊接等任何適當?shù)墓に嚱雍显谝黄鸬亩鄠€工 件構(gòu)成?，F(xiàn)在參照圖2，示出了根據(jù)另一種實施方式的另一種彈簧110。彈簧110也包括彈 簧主體111，并且具有第一區(qū)段112、第二區(qū)段114和第三區(qū)段116。彈簧110類似于圖1 中的彈簧10，但具有某些差別。例如，第二區(qū)段114的寬度比第一區(qū)段112和第三區(qū)段116 的寬度相對窄，而對于彈簧10，各個區(qū)段12、14和16的寬度可以相等。此外，與彈簧10中 包括線圈的彎曲元件不同，彈簧110包括多個彎曲元件128，每個彎曲元件128由沿著彈簧 110的長度與槽128交替的彈簧主體111的相對薄的部分或肋126構(gòu)成。在一種實施方式 中，如圖所示槽128可以以交錯布置的形式沿著區(qū)段114均勻間隔，但在這里也可以設想其 它槽樣式或形狀。應當理解的是，本發(fā)明并不限于彎曲元件的任何具體樣式或類型，但是， 例如上述Oakley等人的外殼的具有彎曲的均勻結(jié)構(gòu)的設計不應被相當?shù)乩斫鉃榘ㄈ邕@ 里設想的“彎曲元件”。在彈簧110的伸展和收縮過程中，肋126可以彎曲以適應并便于彈 簧長度的改變。彈簧主體111也可以包括在其中具有腔137的中空主體。腔137能夠如這 里進一步描述的接收壓電元件并且可以由第一區(qū)段112的活塞122封閉。孔113也可以形成在第三區(qū)段116中并且與腔137連接。在一種實施方式中，包 括內(nèi)螺紋的一組螺紋143可以位于孔137中。螺紋143能夠與利用彈簧110的致動器的第 二組螺紋(圖2中未示出)接合，以通過使得彎曲元件126彎曲將第二區(qū)段114拉伸到與 在腔137內(nèi)的壓電元件上的目標預加載力相對應的狀態(tài)。一旦由此被拉伸，彈簧110可以 保持在期望的預加載狀態(tài)中。如圖3所示，彈簧10在孔37中具有配合螺紋43，該配合螺紋 也能夠與利用彈簧10的致動器的另一組螺紋接合，以將第二區(qū)段14拉伸到對應于腔37內(nèi) 的壓電元件上的目標預加載力的狀態(tài)，并且將彈簧10保持在這種狀態(tài)。如之前提及的，彈簧10和110中的每一個被認為是多功能彈簧。如上所述，彈簧 10,110中的每一個包括能夠在相關聯(lián)的致動器的操作過程中轉(zhuǎn)換位于腔37、137中的壓電 元件的運動的活塞22、122。轉(zhuǎn)換壓電元件的運動是由彈簧10、110執(zhí)行(特別是由所示實 施方式中的第一區(qū)段12、112執(zhí)行)的第一功能。第二功能是將預加載力施加到目標壓電 元件上。第二區(qū)段14、114執(zhí)行該第二功能。第三功能是經(jīng)由螺紋43、143與第二組螺紋的相互作用來拉伸第二區(qū)段14、114，從而實際地設定和/或調(diào)節(jié)預加載力，如這里進一步描 述的。該策略與更早的設計形成對照，在更早的設計中，需要單獨的部件來執(zhí)行與致動器組 裝和操作有關的這些或其它功能。通過將各種特征和功能集成到單個件中(即彈簧10、110 中)，與更早的策略相比，所使用的零部件數(shù)量更少，并且致動器和相關聯(lián)的裝置的組裝更 快、更容易且更可靠。回到圖3，示出了根據(jù)本發(fā)明的利用彈簧10的致動器50的分解圖。致動器50包 括殼體51，例如圓柱形殼體。包括彈簧10的一組部件可以裝載到殼體51中，以形成適用于 與由其控制的裝置或系統(tǒng)聯(lián)接的組裝的致動器。在一種實施方式中，可以提供可以是盤狀 隔膜的隔膜30，使其能夠在彈簧10的端部18處圍繞接觸按鈕24定位。在一種實施方式 中，隔膜30可以焊接到殼體51并且也焊接到接觸按鈕24，使得隔膜30在致動器50的操作 過程中被固定以與接觸按鈕24 —起運動。圖3中也示出了能夠定位在腔37內(nèi)的壓電元件32。在一種實施方式中，壓電元件 32可以是基本上環(huán)繞壓電盤33的堆疊且包括熱補償材料35的子組件，關于熱補償材料35 有多種適當?shù)囊阎以谏虡I(yè)上可獲得的例子。在其它實施方式中，例如可以利用單片壓電 元件?？梢蕴峁┑谝唤泳€端34a和第二接線端34b，它們以傳統(tǒng)方式與盤33電連接。還可 以提供定位件36，其能夠定位在壓電元件32的頂部。還示出了螺母38，其包括能夠與螺紋 43接合的第二組螺紋39，用于設定并調(diào)節(jié)以及保持壓電元件32上的預加載，如這里進一步 描述的。提供也可以包括螺母的鎖定元件40，其包括外螺紋41，該外螺紋41也能夠與孔37 中的螺紋43接合。參照圖4，示出了根據(jù)本發(fā)明的利用彈簧110的另一種致動器150的分解圖。致動 器150包括類似于隔膜30的隔膜130，和可以類似于致動器50的壓電元件32的壓電元件 132，壓電元件132具有接線端134a和134b。例如0型圈的第一密封構(gòu)件117a和第二密 封構(gòu)件117b能夠圍繞接線端134a和134b定位，以提供圍繞接線端134a和134b的流體密 封。也可以提供定位件136和具有外螺紋139的螺母138。也提供鎖定元件144，以將螺母 138固定在孔137內(nèi)的適當位置，用于如這里進一步描述的在彈簧110上設定預加載。在彈 簧主體111中也提供孔142，該孔用于接收能夠阻止定位件136和壓電元件132之間以及定 位件136和彈簧主體111之間的相對轉(zhuǎn)動的緊定螺釘、銷等。定位件136可以包括與孔142 對準且用于接收緊定螺釘、銷等的孔(未示出)。類似的孔_緊定螺釘設置可以與彈簧10 結(jié)合使用。注意到，致動器150的部件可以沿著與用于致動器50的加載方向相反的方向裝 載到殼體151中。參照圖6，示出了根據(jù)一種實施方式的壓電致動裝置60。壓電致動裝置60可以是 燃料噴射器60，但在其它實施方式中，可以包括例如定位致動器、應用于燃料系統(tǒng)之外的流 體控制系統(tǒng)等各種其它壓電致動裝置中的任意種。因此，當前對于燃料噴射器60的描述不 應當以任何方式限制本發(fā)明。燃料噴射器60可以包括具有控制閥70的噴射器主體62，控 制閥構(gòu)件72定位在控制閥70中。諸如針閥的噴嘴閥80也可以定位在噴射器主體62中并 且包括閥構(gòu)件82。噴嘴閥80可以與控制閥70可控聯(lián)接。流體入口 84定位在噴射器主體 62中并且向噴嘴閥80供應諸如燃料的高壓流體。致動器50也設置在噴射器主體62中并 且能夠控制閥70以便以傳統(tǒng)方式調(diào)節(jié)閥構(gòu)件82的位置。在一種實施方式中，接觸按鈕24 被定位成與閥構(gòu)件72相接觸。壓電元件32的致動可以調(diào)節(jié)接觸按鈕24的位置，接觸按鈕24又作用在閥構(gòu)件72的端部74上以調(diào)節(jié)閥構(gòu)件72的位置。隨著壓電元件32被致動，壓 電元件32趨于克服彈簧10的偏置延伸長度。一旦壓電元件32被去能，彈簧10使壓電元 件32回復到預加載狀態(tài)。也可以提供蓋53，其與噴射器主體62聯(lián)接。蓋53或其它部件可 以使致動器50在噴射器主體62內(nèi)流體密封。工業(yè)實用性現(xiàn)在參照圖5，示出了類似于上述致動器50但被組裝的致動器50的側(cè)面剖視圖。 雖然僅結(jié)合預加載設定具體示出并在這里描述了致動器50，本說明書應當被理解為可被類 似地應用于(而不是局限于)致動器150和這里可以想到的其它致動器。隔膜30與殼體 51并且與接觸按鈕24聯(lián)接，并且環(huán)繞接觸按鈕24。提供諸如0型圈的密封構(gòu)件55，其在 彈簧主體11和殼體51的內(nèi)周壁52之間流體密封。密封構(gòu)件17a和17b在接線端34a和 34b處流體密封殼體51。定位件36、螺母38和鎖定元件40也被組裝在殼體51中，以經(jīng)由 彈簧10以目標預加載在壓電元件32上設定預加載。在一種實施方式中，可以通過將第二 區(qū)段14拉伸到能夠使彈簧10在壓電元件32上施加等于期望預加載力的力的張緊狀態(tài)來 對壓電元件32進行預加載。接合孔37中的螺母38的螺紋39能夠使螺母38運動到孔37中的更深處，增加彈 簧10的長度，直到其達到張緊狀態(tài)，在該狀態(tài)下，其彈簧力(即其返回到放松狀態(tài)的趨勢) 等于用于壓電元件32的目標預加載力。在特定實施方式中，目標預加載力可以在大約800 牛頓和大約900牛頓之間。因此，可以通過使螺母38在孔37中轉(zhuǎn)動來使彈簧10伸展，直 到彈簧10經(jīng)由定位件36在壓電元件32上施加等于大約800牛頓和大約900牛頓之間的 目標預加載力的預加載力。在其它實施方式中，預加載力可以大于900牛頓或者小于800 牛頓。一旦螺母38已經(jīng)用于在壓電元件32上設定預加載力，其可以通過接合孔37中的鎖 定元件38而相對于彈簧10固定在對應于目標預加載力的徑向定向。在致動器150的壓電 元件132上設定預加載可以以使螺母38以螺紋連接方式接合在孔137中的類似方式進行。在一種實際的執(zhí)行策略中，壓電元件32的預加載可以在將彈簧10和壓電元件32 設置在殼體51中之前進行。因此，包括彈簧10、壓電元件32、定位件36、螺母38和鎖定元 件40的子組件可以被組裝，并且彈簧10被預加載，然后子組件可以插入到殼體51中。密封 構(gòu)件55可以在該子組件被放入殼體51中之前圍繞彈簧10定位。一旦插入到殼體51中， 隔膜30可以被緊固就位。完成的致動器50隨后能夠通過將致動器50插入在噴射器主體 62中而與燃料噴射器60聯(lián)接，使得接觸按鈕24接觸閥構(gòu)件72并且噴射器主體62隨后經(jīng) 由蓋53或其它部件流體密封。這里想到的多功能彈簧、致動器和壓電致動裝置被認為相對于現(xiàn)有技術(shù)中的系統(tǒng) 提供了多個優(yōu)點。通過將有關適當致動器組裝和操作的多種功能集成到單個部件中，即， 集成到多功能彈簧10、110中，總體設計可以更相對簡單、使用更少的零部件并且更易于制 造。這些目標的實現(xiàn)不會損害性能。特定的壓電致動器用于在可以包括幾百萬或甚至幾十 億周期的使用壽命中操作。多功能彈簧10、110提供用于預加載壓電元件32的堅固和可靠 部件，并且使壓電元件32容納在受保護的環(huán)境中。這里的描述僅僅出于示意的目的，不應當被理解為以任何方式縮小本發(fā)明的范 圍。因此，本領域技術(shù)人員將理解，可以對本發(fā)明所公開的實施方式進行各種變型，而不脫 離本發(fā)明的完整且清楚的范圍和精神。例如，雖然各個致動器50和150的所示構(gòu)造包括具有內(nèi)螺紋的第三區(qū)段16、116，也可以想到替代方案。在其他實施方式中可以利用外螺紋，例 如與致動器殼體中的內(nèi)螺紋接合。參照圖7，示出了這樣的實施方式，其中，致動器250包 括殼體251、壓電元件232和多功能彈簧210。在圖7的實施方式中，彈簧210包括具有活 塞222的第一區(qū)段、具有彎曲元件226且類似于致動器50的第二區(qū)段14示出的第二區(qū)段 214，和第三區(qū)段216。也提供隔膜230，類似于這里描述的其它實施方式。不同于致動器 50、150中接合第三區(qū)段216中的孔內(nèi)的螺紋，第三區(qū)段216上的外螺紋243與殼體251的 內(nèi)螺紋239接合，以將彈簧210拉入用于預加載壓電元件232的張緊狀態(tài)。通過對附圖和 權(quán)利要求書的研究，其它方面、特征和優(yōu)點也是清楚的。
權(quán)利要求
一種致動器(50，150，250)，包括殼體(51，151，251)；能夠定位在所述殼體(51，151，251)中的壓電元件(32，132)；以及多功能彈簧(10，110，210)，其也能夠定位在所述殼體(51，151，251)中并且能夠向所述壓電元件(32，132)施加預加載力；所述多功能彈簧(10，110，210)包括第一區(qū)段(12，112，212)、第二區(qū)段(14，114，214)和第三區(qū)段(16，116，216)，所述第一區(qū)段具有能夠在所述致動器(50，150，250)的操作過程中轉(zhuǎn)換所述壓電元件(32，132)的運動的活塞(22，122，222)，所述第二區(qū)段具有至少一個彎曲元件(26，126)，所述第三區(qū)段具有第一組螺紋(43，143，243)，所述第一組螺紋能夠與所述致動器(50，150，250)的第二組螺紋(39，139，239)接合以將所述第二區(qū)段(14，114，214)拉伸到對應于所述預加載力的狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動器(50，150)，其中，所述多功能彈簧(10，110)包括其 中設置有所述壓電元件(32，132)的腔(37，137)和在所述第三區(qū)段(16，116)中與所述腔 (37，137)連接的孔(13)，并且其中所述第一組螺紋(43，143)包括位于所述孔(13)中的內(nèi) 螺紋。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的致動器(50，150)，還包括螺母(38，138)，其上設有所述第二組螺紋(39，139)，并且所述螺母(38，138)至少部分 地定位在所述孔(13)中；以及鎖定元件(40，144)，其將所述螺母(38，138)和所述多功能彈簧(10，110)固定在相對 徑向定向處，在該處，所述第二區(qū)段(14，114)被拉伸到對應于所述預加載力的狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的致動器(50)，其中，所述第二區(qū)段(14)包括螺旋形槽(28)， 并且其中所述至少一個彎曲元件(26)包括鄰接所述螺旋形槽(28)的螺旋形線圈(26)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的致動器(150)，其中，所述第二區(qū)段(114)包括多個均勻分布 的槽(128)，并且其中所述至少一個彎曲元件(126)包括多個均勻分布的肋(126)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動器(50，150，250)，其中所述殼體(51，151，251)包括內(nèi)周壁(52)，并且其中所述致動器(50，150，250)還包括 在所述內(nèi)周壁(52)和所述第一區(qū)段(12，112，212)之間流體密封的密封構(gòu)件(55)；并且所述第一區(qū)段(12，112，212)包括能夠接觸燃料噴射器(60)的閥元件(72)以用于 控制燃料噴射的接觸按鈕(24)，并且其中所述致動器(50，150，250)還包括在所述致動器 (50,150,250)的操作過程中圍繞所述接觸按鈕(24)并且被固定以與所述接觸按鈕一起運 動的隔膜(30，130，230)。
7.一種壓電致動裝置(60)，包括 主體(62)；設置在所述主體(62)中的閥(70)；以及用于所述閥(70)的致動器(50，150，250)，所述致動器(50，150，250)包括與所述主體 (62)聯(lián)接的殼體(51，151，251)和設置在所述殼體(51，151，251)中的壓電元件(32，132)； 所述致動器(50，150，250)還包括向所述壓電元件(32，132)施加預加載力的多功能 彈簧(10，110，210)，所述多功能彈簧(10,110,210)包括第一區(qū)段(12，112，212)、第二區(qū)段 (14，114，214)和第三區(qū)段(16，116，216)，所述第一區(qū)段具有能夠在所述致動器(50，150，250)的操作過程中轉(zhuǎn)換所述壓電元件(32，132)的運動的活塞(22，122，222)，所述第二區(qū) 段具有至少一個彎曲元件(26，126)，所述第三區(qū)段具有第一組螺紋(43，143，243)，所述第 一組螺紋與所述致動器的第二組螺紋(39，139，239)接合并且將所述第二區(qū)段(14，114， 214)保持在與所述預加載力相對應的張緊狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置(60)，包括燃料噴射器(60)，所述閥(70)包括控制閥 (70)并且所述燃料噴射器(60)包括與所述控制閥(70)可控地聯(lián)接的噴嘴閥(80)；并且其中所述第一區(qū)段(12，112，212)和所述第三區(qū)段(16，116，216)包括所述多功能彈 簧(10，110，210)的端部區(qū)段，并且所述第二區(qū)段(14，114，214)包括所述多功能彈簧(10， 110,210)的鄰接所述第一區(qū)段(12，112，212)和所述第三區(qū)段(16，116，216)中的每一個的 中間區(qū)段。
9.所述裝置(60)還包括螺母(38，138)，在所述螺母上設有所述第二組螺紋(39，139)， 所述多功能彈簧(10，110)還包括孔(13)，在所述孔中設有所述第一組螺紋(43，143)；并且其中所述致動器(50，150)在所述主體(62)內(nèi)流體密封，并且所述致動器(50，150)還 包括流體密封所述殼體(51，151)中的所述壓電元件(32，132)和所述多功能彈簧(10，110) 的多個密封構(gòu)件(55，17a, 17b)。
10.一種用于壓電致動器(50,150,250)的多功能彈簧(10，110，210)，包括彈簧主體(11，111)，其具有第一端(18，118)、第二端(20，120)和在所述第一端(18， 118)和所述第二端(20，120)之間延伸的一長度，以及在所述第一端(18，118)和所述第二 端(20，120)之間延伸且能夠接收壓電元件(32，132)的腔(37，137)；所述彈簧主體(11，111)還具有各自包括所述長度的一部分的多個區(qū)段，即具有第一 區(qū)段(12，112，212)、第二區(qū)段(14,114,214)和第三區(qū)段(16，116，216)，所述第一區(qū)段在所 述第一端(18，118)處封閉所述腔(37，137)并且包括能夠在其致動的過程中轉(zhuǎn)換所述腔 (37，137)中的壓電元件(32，132)的運動的活塞(22，122)，所述第二區(qū)段包括至少一個彎 曲元件(26，126)，所述第三區(qū)段包括一組螺紋(43，143，243)，所述一組螺紋能夠與用于拉 伸所述第二區(qū)段(14,114,214)以預加載所述腔(37，137)中的壓電元件(32，132)的相關 聯(lián)的壓電致動器(50,150,250)的另一組螺紋(39,139,239)接合。
全文摘要
本發(fā)明公開一種壓電致動裝置(60)，其包括主體(62)、設置在主體(62)中的閥(70)以及用于閥(70)的致動器(50)，致動器(50)包括與主體(62)聯(lián)接的殼體(51)和設置在殼體(51)中的壓電元件(32)。致動器(50)還包括向壓電元件(32)施加預加載力的多功能彈簧(10)。多功能彈簧(10)包括第一區(qū)段(12)、第二區(qū)段(14)和第三區(qū)段(16)，第一區(qū)段具有能夠在致動器(50)的操作過程中轉(zhuǎn)換壓電元件(32)的運動的活塞(22)，第二區(qū)段具有至少一個彎曲元件(26)，第三區(qū)段具有第一組螺紋(39)。第一組螺紋(39)與致動器(50)的第二組螺紋(43)接合并且將第二區(qū)段(14)保持在與預加載力相對應的張緊狀態(tài)。
文檔編號F02M51/06GK101878547SQ200880118156
公開日2010年11月3日 申請日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者J·溫卡塔拉格哈萬, K·C·亞當斯, S·劉易斯, 徐振龍 申請人:卡特彼勒公司