Просмотров: 29

Принцип действия пьезопривода (рис. 4.13) основан на обратном пьезоэлектрическом эффекте. Этот эффект заключается в увеличении размеров пьезоэлемента на несколько микрон при приложении к нему напряжения.

Пр дейст пьезо эл

Рис. 4.13. Принцип действия пьезоэлемента:
1 – металлические обкладки для подвода напряжения; 2 – упрощенная структура кристалла; а – состояние кристалла пьезоэлемента при отсутствии напряжения; б – состояние кристалла пьезоэлемента при подаче напряжения.

Необходимым условием для реализации пьезоэлектрического эффекта являются электрические диполи в базисных клетках материала, которые в результате процессов взаимодействия образуют более крупные соединенные области той же ориентации, по аналогии с магнетизмом называемые доменами (рис. 4.14, а). Когда в привилегированном направлении действует магнитное поле, преобладающая доля этих доменов может быть выстроена в направлении поля, где электрические диполи в доменах одновременно удлиняются (расширение кристаллической решетки, рис. 4.14, b). Там материал демонстрирует макроскопическую линейную деформацию в процессе поляризации.

Даже после деактивации поля и соответствующего восстановления диполей, домены остаются в этом выстроенном (поляризованном) состоянии (рис. 4.14, с), так что пьезоэлектрический материал может снова и снова обратимо расширяться в привилегированном направлении при воздействии магнитного поля.

Рис. 4.14. Схема процесса поляризации:
а — начальное состояние; b-во время поляризации; с — после поляризации, 1 — домен; 2-рас­тяжение во время поляризации; 3 — остаточное растяжение; 4 — эффективный ход.

В многослойном пьезоэлементе (рис. 4.15) пьезоэлектрическое твердое тело делится на много параллельно соединенных активных слоев с внутренними электродами, поочередно выводимыми на положительные и отрицательные внешние электроды. Это значительно уменьшает необходимое акти­вационное напряжение при практически же отклонении всей комбинации. Таким об­разом, многослойные пьезоэлементы могут работать там, где важна безопасность, при умеренном уровне напряжения (U < 200 В) — например, в системах впрыска топлива.

Рис. 4.15. Многослойный пьезоэлемент

Многослойный пьезоэлемент, являющийся исполнительным элементом дизельной пьезофорсунки, (рис. 4.16) представляет собой параллелепипед длиной 30…40 мм, состоящий из спеченных между собой 300 керамических пластинок (кристаллов), расширяющийся на 80 мкм всего за 0,1 мс, чего достаточно, чтобы воздействовать на иглу форсунки с усилием 6300 Н. При этом для управления пьезоэлементом используют напряжение бортовой сети автомобиля.

5

Рис. 4.16. Разрез пьезоэлектрогидравлической форсунки:
1 – подача топлива (соединение высокого давления); 2 – электрический разъем; 3 – стержневой фильтр; 4 – обратная топливная магистраль; 5 – пьезоэлектричесий элемент; 6 – сопряженный поршень; 7 – поршень клапана; 8 – пружина клапана; 9 – клапан переключения; 10 – дроссельная перегородка; 11 – пружина распылителя; 12 – уплотнительное кольцо; 13 – игла форсунки.