JP2013213554A - ダイアフラム式アクチュエータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性部材の弾性定数を上げることなく、外部振動による駆動ロッドの押出量の変動を防止できるダイアフラム式アクチュエータ装置を提供する。
【解決手段】このダイアフラム式アクチュエータ装置１は、その内部３ａが連通孔３ｃ側から順に大気圧室３Ａ、負圧室３Ｎおよび正圧室３Ｐに区画されたハウジング３と、大気圧室３Ａと負圧室３Ｎとを仕切る第１ダイアフラム５と、負圧室３Ｎと正圧室３Ｐとを仕切る第２ダイアフラム７と、その一端が第１ダイアフラム５の大気圧室３Ａ側の面５ａに接続され、その他端が連通孔３ｃを通じて外部に引き出された駆動ロッド９と、第１ダイアフラム５と第２ダイアフラム７との間に狭装され、第１ダイアフラム５を大気圧室３Ａ側に付勢する弾性部材１１と、負圧室３Ｎ内の気圧を調整する第１気圧調整手段１３と、正圧室３Ｐ内の気圧を調整する第２気圧調整手段１５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車エンジン等の内燃機関に搭載された過給器の排気タービンに流入する排気ガスの流入量を調整するウエストゲートバルブを開閉するアクチュエータ装置として使用可能なダイアフラム式アクチュエータ装置に関する。

従来のダイアフラム式アクチュエータ装置としては、例えば特許文献１の装置（以後、従来装置と呼ぶ）が知られている。この従来装置は、例えば図６に示すように、連通孔１０３ｃを有するハウジング１０３と、ハウジング１０３の内部１０３ａを連通孔１０３ｃ側から順に大気圧室１０３Ａと負圧室１０３Ｎとに仕切るダイアフラム１０５と、負圧室１０３Ｎ内に収容されてダイアフラム１０５を大気室１０３Ａ側に付勢するスプリング等の弾性部材１１１と、ダイアフラム１０５の大気圧室１０３Ａ側の主面１０５ａに接続されて連通孔１０３ｃから外部に引き出された駆動ロッド１０９と、大気圧Ｐａまたは負圧ポンプ１１７からの負圧Ｐｎを選択的に負圧室１０３Ｎに導入する３方弁１１３とを備えている。

この構成により、３方弁１１３により負圧室１０３Ｎに大気圧Ｐａが導入されると、ダイアフラム１０５を負圧室１０３Ｎ側に付勢する力（即ち、大気圧室１０３Ａ内の大気圧Ｐａの力）よりも大気圧室１０３Ａ側に付勢する力（即ち、負圧室１０３Ｎ内の大気圧Ｐａの力と弾性部材１１１の圧縮反発力との合力）の方が大きくなってダイアフラム１０５が大気圧室１０３Ａ側に変位され、この変位により駆動ロッド９が連通孔１０３ｃから外部に押し出され、その駆動ロッド１０９により過給器のウエストゲートバルブが例えば開弁される。

他方、３方弁１１３により負圧室１０３Ｎに負圧Ｐｎが導入されると、ダイアフラム１０５を大気圧室１０３Ａ側に付勢する力（即ち、弾性部材１１１の圧縮反発力）よりも負圧室１０３Ｎ側に付勢する力（即ち、大気圧室１０３Ａ内の大気圧Ｐａの力と負圧室１０３Ｎ内の負圧Ｐｎの力との合力）の方が大きくなってダイアフラム１０５が負圧室１０３Ｎ側に変位され、この変位により駆動ロッド１０９が連通孔１０３ｃから大気室１０３Ａ内に引き込まれ、その駆動ロッド１０９により過給器のウエストゲートバルブが例えば閉弁される。

特開２００４−２１８５５４号公報

一般に、弾性部材１１１は、圧縮されるほど圧縮反発力が強くなり、自然長へと戻るほど圧縮反発力が弱くなる。そのため、上述の従来装置では、駆動ロッド１０９が外部に押し出されるほど、ダイアフラム１０５が大気圧室１０３Ａ側に変位して弾性部材１１１の長さが自然長へと戻るので、弾性部材１１１の圧縮反発力（即ち、ダイアフラム１０７を大気圧室１０３Ａ側に付勢する力、即ち、駆動ロッド１０９を外部に押し出す力）が弱くなり、外部振動（例えば当該過給器が搭載された内燃機関の振動および排気ガス脈動による振動）により駆動ロッド１０９の押出量が変動し易くなり、これにより、ウエストゲートバルブの開度が変動して、混合気の空燃比検出センサへの被水および空燃比の気筒間不均一性（インバランス）の検出性に影響を与えるという欠点がある。

この駆動ロッド１０９の押出量の変動を防止するには、弾性部材１１１の圧縮反発力を増大させる必要があるが、そのために、負圧室１０３Ｎに負圧Ｐｎを導入すると、ダイアフラム１０５が負圧室１０３Ｎ側に変位して駆動ロッド１０９の押出量が減少してウエストゲートバルブの開度が減少するという問題を招く。また、そのために、弾性部材１１１の弾性定数を上げると、駆動ロッド１０９をハウジング１０３内に引き込むために負圧室１０３Ｎに導入する負圧（必要負圧）が増大するという問題を招く。

そこで、本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、弾性部材の弾性定数を上げることなく、外部振動による駆動ロッドの押出量の変動を防止できるダイアフラム式アクチュエータ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のダイアフラム式アクチュエータ装置は、その内外を連通する連通孔を有すると共にその内部に前記連通孔側から順に大気圧室および負圧室を有するハウジングと、前記大気圧室と前記負圧室とを仕切る第１ダイアフラムと、前記連通孔に挿通配置され、その一端部が前記第１ダイアフラムの前記大気圧室側の面に接続され、その他端部が前記ハウジングの外部に引き出された駆動ロッドと、前記負圧室内に圧縮されて配置され、その圧縮反発力により前記第１ダイアフラムを前記大気圧室側に付勢する弾性部材と、前記負圧室内の気圧を調整する第１気圧調整手段と、を備えたダイアフラム式アクチュエータ装置において、前記弾性部材における前記第１ダイアフラムの反対側から前記弾性部材に掛かる圧縮荷重を調整する圧縮荷重調整機構を備えるものである。

上記の構成によれば、従来同様、第１気圧調整手段により負圧室内の気圧が調整されることで、第１ダイアフラムが負圧室側または大気圧室側に変位され、この変位に応じて駆動ロッドを駆動できる（即ち、駆動ロッドをハウジングから出し入れできる）。また、圧縮荷重調整機構により弾性部材の圧縮荷重（即ち、圧縮反発力）を調整できるので、第１ダイアフラムが大気圧室側に変位して弾性部材の圧縮反発力が弱くなる場合は、圧縮荷重調整機構により弾性部材の圧縮荷重（即ち、圧縮反発力）を増大させることで、外部振動による駆動ロッドの押出量の変動を防止できる。また、駆動ロッドをハウジング内に引き込む場合は、圧縮荷重調整機構により弾性部材の圧縮荷重（即ち、圧縮反発力）を低減させることで、駆動ロッドをハウジング内に引き込むために負圧室に導入する負圧（必要負圧）が増大することを防止できる。このように、弾性部材の弾性定数を上げることなく（即ち、必要負圧を増大することなく）、外部振動による駆動ロッドの押出量の変動を防止できる。

また、本発明のダイアフラム式アクチュエータ装置は、上記に記載のダイアフラム式アクチュエータ装置であって、前記ハウジングは、その内部に、前記負圧室における前記大気圧室の反対側に正圧室を有し、前記圧縮荷重調整機構は、前記負圧室と前記正圧室とを仕切ると共に前記第１ダイアフラムとの間で前記弾性部材が圧縮状に狭装される第２ダイアフラムと、前記正圧室内の気圧を調整する第２気圧調整手段と、を備えるものである。

上記の構成によれば、圧縮荷重調整機構は、第２ダイアフラムと第２気圧調整手段とを備えるので、第２気圧調整手段により正圧室内の気圧を調整して第２ダイアフラムを正圧室側または負圧室側に変位させることで、弾性部材に掛かる圧縮荷重（即ち、弾性部材の圧縮反発力）を増減調整できる。なお、第２ダイアフラムが負圧室側に変位されると、弾性部材に掛かる圧縮荷重が増大され、他方、第２ダイアフラムが正圧室側に変位されると、弾性部材に掛かる圧縮荷重が減少される。

また、本発明のダイアフラム式アクチュエータ装置は、上記に記載のダイアフラム式アクチュエータ装置であって、前記第１気圧調整手段は、第１入口、第２入口および第１出口を有し、前記第１入口から大気圧を導入し、前記第２入口から大気圧よりも低い負圧を導入し、前記第１および前記第２入口から導入した各気圧を選択的に前記第１出口から前記負圧室に導出する第１の３方弁であるものである。

上記の構成によれば、第１気圧調整手段は、上記の３方弁として構成されるので、簡単な構成で負圧室内の気圧を負圧または大気圧に調整できる。なお、負圧室内の気圧が負圧に調整された場合は、第１ダイアフラムは負圧室側に変位され、他方、負圧室内の気圧が大気圧に調整された場合は、第１ダイアフラムは大気圧室側に変位される。

また、本発明のダイアフラム式アクチュエータ装置は、上記に記載のダイアフラム式アクチュエータ装置であって、前記第２気圧調整手段は、第３入口、第４入口および第２出口を有し、前記第３入口から前記第１の３方弁の前記第１出口から導出された前記気圧を導入し、前記第４入口から大気圧よりも高い正圧を導入し、前記第３および前記第４入口から導入した各気圧を選択的に前記第２出口から前記正圧室に導出する第２の３方弁であるものである。

上記の構成によれば、第２気圧調整手段は、前記３方弁として構成されるので、簡単な構成で正圧室内の気圧を正圧または負圧室内の気圧と同じ気圧に調整できる。なお、正圧室内の気圧が正圧に調整された場合は、第２ダイアフラムは負圧室側に変位され、他方、正圧室内の気圧が負圧室内の気圧と同じ気圧に調整された場合は、第２ダイアフラムは正圧室側に変位される。

また、本発明のダイアフラム式アクチュエータ装置は、上記に記載のダイアフラム式アクチュエータ装置であって、前記第２の３方弁の前記第４入口に導入される前記正圧は、内燃機関の吸気系の吸気圧または排気系の排気圧により発生する正圧であるものである。

上記の構成によれば、第２の３方弁の第４入口に導入される正圧は、内燃機関の吸気系の吸気圧または排気系の排気圧により発生する正圧であるので、正圧を発生させる正圧発生手段として、別途、正圧ポンプを設ける必要が無くなる。

また、本発明のダイアフラム式アクチュエータ装置は、上記に記載のダイアフラム式アクチュエータ装置であって、前記第２の３方弁は、前記弾性部材に掛かる圧縮荷重を増大させる場合は、前記第４入口から導入した前記正圧を選択的に前記第２出口から前記正圧室に導出し、他方、前記弾性部材に掛かる圧縮荷重を増大させない場合は、前記第３入口から導入した前記気圧を選択的に前記第２出口から前記正圧室に導出するものである。

上記の構成によれば、第２の３方弁を上記のように動作させることで、弾性部材に掛かる圧縮荷重（即ち、弾性部材の圧縮反発力）の増減を調整できる。

また、本発明のダイアフラム式アクチュエータ装置は、上記に記載のダイアフラム式アクチュエータ装置であって、前記駆動ロッドは、内燃機関に搭載された過給器のウエストゲートバルブを開閉し、前記ハウジングから外部に押し出されることで、前記ウエストゲートバルブを閉弁または開弁するものである。

上記の構成によれば、本発明に係るダイアフラム式アクチュエータ装置を、負圧室内の気圧が大気圧に調整されると（即ち、駆動ロッドがハウジングの外部に押し出されると）ウエストゲートバルブが開弁されるノーマリーオープン型としても使用でき、また、負圧室内の気圧が大気圧に調整されるとウエストゲートバルブが閉弁されるノーマリークローズ型としても使用できる。

本発明のダイアフラム式アクチュエータ装置によれば、弾性部材の弾性定数を上げることなく、外部振動による駆動ロッドの押出量の変動を防止できる。

本発明の第１実施形態に係るダイアフラム式アクチュエータ装置の構成概略図である。 本発明の第１実施形態に係るダイアフラム式アクチュエータ装置の動作（非振動対策時に駆動ロッドを押出駆動させる場合の動作）を説明する図である。 本発明の第１実施形態に係るダイアフラム式アクチュエータ装置の動作（振動対策時に駆動ロッドを押出駆動させる場合の動作）を説明する図である。 本発明の第１実施形態に係るダイアフラム式アクチュエータ装置の動作（駆動ロッドを引込駆動させる場合の動作）を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る過給器付きエンジンの構成概略図である。 従来のダイアフラム式アクチュエータ装置の構成概略図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。

≪第１実施形態≫
＜全体構成＞
図１は、第１実施形態に係るダイアフラム式アクチュエータ装置の構成概略図である。

この実施形態に係るダイアフラム式アクチュエータ装置１は、例えば自動車用エンジン（内燃機関）に搭載された過給器（即ち、吸入空気を過給する装置）のウエストゲートバルブ（即ち、前記過給器の排気タービンに流入する排気ガスの流入量を調整する弁）を開閉するアクチュエータ装置として使用可能なものであり、図１に示すように、第１ダイアフラム５の変位により駆動ロッド９を駆動させるダイアフラム式アクチュエータ装置において、第１ダイアフラム５を付勢する弾性部材１１に掛かる圧縮荷重（即ち、弾性部材１１の圧縮反発力）を調整するための圧縮荷重調整機構３０を備えたものである。

より詳細には、このダイアフラム式アクチュエータ装置１は、図１に示すように、ハウジング３と、第１ダイアフラム５と、第２ダイアフラム７と、駆動ロッド９と、弾性部材１１と、第１気圧調整手段１３と、第２気圧調整手段１５と、負圧発生手段１７と、正圧発生手段１９と、制御装置２１とを備えている。後述のように、第２ダイアフラム７、第２気圧調整手段１５および正圧発生手段１９により、圧縮荷重調整機構３０が構成されている。

ハウジング３は、その内部３ａが、側面視形状が例えば矩形形状の収容空間となるように形成される。ハウジング３の一側の壁部３ｂ１には、ハウジング３の内外を連通する連通孔３ｃが形成される。ハウジング３の内部３ａは、連通孔３ｃ側から順に大気圧室（即ち、外部と繋がって大気圧Ｐａに保たれた室）３Ａ、負圧室３Ｎおよび正圧室３Ｐに区画されている。即ち、ハウジング３は、その内部３ａに、負圧室３Ｎにおける大気圧室３Ａの反対側に正圧室３Ｐを有している。ハウジング３のうち、負圧室３Ｎを構成する壁部３ｂ２には、負圧室３Ｎの内外を連通する連通孔３ｄが形成され、正圧室３Ｐを構成する壁部３ｂ３には、正圧室３Ｐの内外を連通する連通孔３ｅが形成される。

第１ダイアフラム５は、大気圧室３Ａと負圧室３Ｎとを仕切るようにハウジング３の内部３ａに配設される。図１では、作図便宜上、第１ダイアフラム５は、負圧室３Ｎ側に変位した状態で図示されており、この状態で、大気圧室３Ａは例えば内部３ａの略半分の大きさに仕切られる。より詳細には、第１ダイアフラム５は、例えば、第１ダイアフラム本体５ａと、弾性部材１１の一端部１１ａが配置される第１台座部５ｂとを備えている。第１ダイアフラム本体５ａは、大気圧室３Ａと負圧室３Ｎとを仕切るようにハウジング３の内部３ａに配設される。第１台座部５ｂは、第１ダイアフラム本体５ａの負圧室３Ｎ側の面５ｃの中央の平坦部分に配設される。なお、第１台座部５ｂは省略されてもよい。

第２ダイアフラム７は、負圧室３Ｎと正圧室３Ｐとを仕切るようにハウジング３の内部３ａに配設される。図１では、作図便宜上、第２ダイアフラム７は、負圧室３Ｎ側に変位した状態で図示される。より詳細には、第２ダイアフラム７は、例えば、第２ダイアフラム本体７ａと、弾性部材１１の他端部１１ｃが配置される第２台座部７ｂとを備えている。第２ダイアフラム本体７ａは、負圧室３Ｎと正圧室３Ｐとを仕切るようにハウジング３の内部３ａに配設される。第２台座部７ｂは、第２ダイアフラム本体７ａの負圧室３Ｎ側の面７ｃの中央の平坦部分に配設される。なお、第２台座部７ｂは省略されてもよい。

駆動ロッド９は、棒状に形成される。駆動ロッド９は、連通孔３ｃに連通方向に移動自在に挿通配置され、その一端部９ａが第１ダイアフラム５の大気圧室３Ａ側の面５ｄに接続され、その他端９ｂが外部に引き出されている。なお、このダイアフラム式アクチュエータ装置１により過給器のウエストゲートバルブを開閉させる場合は、この端部９ｂがウエストゲートバルブを開閉可能に支持する支持部材に接続される。

弾性部材１１は、第１および第２ダイアフラム７の間に圧縮状態（即ち、圧縮荷重が掛けられた状態）で狭装され、その圧縮反発力により第１ダイアフラム５を大気圧室３Ａ側に付勢するものである。より詳細には、弾性部材１１は、例えばコイルスプリングとして構成されており、その螺旋の中心線１１ａ方向に圧縮され、その圧縮方向の一端部１１ｂが第１台座部５ｂに配置されると共にその圧縮方向の他端部１１ｃが第２台座部７ｂに配置された状態で、第１および第２ダイアフラム５，７間に狭装される。

負圧発生手段１７は、負圧（即ち、大気圧Ｐａよりも低い気圧）Ｐｎを発生可能なものであり、ここでは、負圧Ｐｎを発生可能なポンプ（以後、負圧ポンプ１７とも呼ぶ）である。

正圧発生手段１９は、正圧（即ち、大気圧Ｐａよりも高い気圧）Ｐｐを発生可能なものであり、ここでは、正圧Ｐｐを発生可能なポンプ（以後、正圧ポンプ１９とも呼ぶ）である。なお、ダイアフラム式アクチュエータ装置１が、内燃機関に搭載される場合は、正圧発生手段１９として当該内燃機関の吸気系または排気系を用い、その吸気系の吸気圧またはその排気系の排気圧により発生する正圧を当該正圧Ｐｐとして用いてもよい。

第１気圧調整手段１３は、制御装置２１の制御に応じて負圧室３Ｎ内の気圧を調整するものであり、ここでは電動式の３方弁である（以後、第１の３方弁１３とも呼ぶ）。この第１の３方弁１３は、２つの入口１３ａ，１３ｂと１つの出口１３ｃとを有し、制御装置２１の制御に応じて、２つの入口１３ａ，１３ｂの一方を選択的に出口１３ｃに連通する弁である。この第１の３方弁１３では、一方の入口１３ａ（第１入口）は、大気圧Ｐａに開放されて大気圧Ｐａを導入し、他方の入口１３ｂ（第２入口）は、負圧発生手段１７に接続されて負圧発生手段１７からの負圧Ｐｎを導入し、出口１３ｃ（第１出口）は、負圧室３Ｎの連通孔３ｅに接続されて、制御装置２１の上述の制御に応じて、各入口１３ａ，１３ｂから導入した各気圧Ｐａ，Ｐｎを選択的に連通孔３ｅを通じて負圧室３Ｎに導出する。

第２気圧調整手段１５は、制御装置２１の制御に応じて正圧室３Ｐ内の気圧を調整するものであり、ここでは電動式の３方弁である（以後、第２の３方弁１５とも呼ぶ）。この第２の３方弁１５は、２つの入口１５ａ，１５ｂと１つの出口１５ｃとを有し、制御装置２１の制御に応じて、２つの入口１５ａ，１５ｂの一方を選択的に出口１５ｃに連通する弁である。この第２の３方弁１５では、一方の入口１５ａ（第３入口）は、第１の３方弁１３の出口１３ｃに接続されて第１の３方弁１３の出口１３ｃから導出された気圧ＰａまたはＰｎを導入し、他方の入口１５ｂ（第４入口）は、正圧発生手段１９に接続されて正圧発生手段１９からの正圧Ｐｐを導入し、出口１５ｃ（第２出口）は、正圧室３Ｐの連通孔３ｄに接続されて、制御装置２１の上述の制御に応じて、各入口１５ａ，１５ｂから導入した各気圧を選択的に連通孔３ｄを通じて正圧室３Ｐに導出する。

制御装置２１は、第１および第２の３方弁１３，１５を制御して負圧室３Ｎおよび正圧室３Ｐの各気圧を制御することで、駆動ロッド９を駆動させるものである。

より詳細には、制御装置２１は、駆動ロッド９を押出駆動すると共に駆動ロッド９の振動防止対策を行わない場合（第１の場合）は、図２に示すように、第１の３方弁１３に対しては、その入口１３ａから導入した大気圧Ｐａを選択的にその出口１３ｃから負圧室３Ｎ内に導出させるように制御して、負圧室３Ｎ内の気圧を大気圧Ｐａに調整させる。これにより、第１ダイアフラム５を負圧室３Ｎ側に付勢する力（即ち、大気圧室３Ａ内の大気圧Ｐａの力）よりも大気圧室３Ａ側に付勢する力（即ち、弾性部材１１の圧縮反発力と負圧室３Ｎ内の大気圧Ｐａの力との合力）の方が大きくなって第１ダイアフラム５が大気圧室３Ａ側に変位され、この変位に応じて、駆動ロッド９が連通孔３ｃを通じてハウジング３の外部に押し出される。他方、制御装置２１は、第２の３方弁１５に対しては、その入口１５ａから導入した第１の３方弁１３の出口１３ｃから導出された大気圧Ｐａを選択的にその出口１３ｃから正圧室３Ｐ内に導出させるように制御して、正圧室３Ｐ内の気圧を大気圧Ｐａに調整させる。これにより、第２ダイアフラム７を負圧室３Ｎ側に付勢する力（即ち、正圧室３Ｐ内の大気圧Ｐａの力）よりも正圧室３Ｐ側に付勢する力（即ち、弾性部材１１の圧縮反発力と負圧室３Ｎ内の大気圧Ｐａの力との合力）の方が大きくなって第２ダイアフラム７が正圧室３Ｐ側に変位されて例えばハウジング３の壁部３ｂ２に当接される。これにより、弾性部材１１の圧縮荷重が通常の荷重に調整される（即ち、弾性部材１１の圧縮荷重が増大されない）。

他方、制御装置２１は、駆動ロッド９を押出駆動すると共に駆動ロッド９の振動防止対策を行う場合（第２の場合）は、図３に示すように、第１の３方弁１３に対しては、上記の第１の場合と同様の制御を行って、駆動ロッド９を押出駆動する（即ち、駆動ロッド９を連通孔３ｃを通じてハウジング３の外部に押し出す）。他方、制御装置２１は、第２の３方弁１５に対しては、その入口１５ｂから導入した正圧発生手段１９からの正圧Ｐｐを選択的にその出口１５ｃから正圧室３Ｐ内に導出させるように制御して、正圧室３Ｐ内の気圧を正圧Ｐｐに調整させる。これにより、第２ダイアフラム７を正圧室３Ｐ側に付勢する力（即ち、弾性部材１１の圧縮反発力と負圧室３Ｎ内の大気圧Ｐａの力との合力）よりも負圧室３Ｎ側に付勢する力（即ち、正圧室３Ｐ内の正圧Ｐｐの力）の方が大きくなって第２ダイアフラム７が負圧室３Ｎ側に変位され、この変位に応じて弾性部材１１の圧縮荷重が増大され、これにより第１ダイアフラム５を大気圧室３Ａ側に付勢する力が増加して（従って駆動ロッド９を押し出す力が増加して、その力により、例えば、第１ダイアフラム５が壁部３ｂ１に強く押し付けられて）、外部振動による駆動ロッド９の振動が防止される。

他方、制御装置２１は、駆動ロッド９を引込駆動する場合（第３の場合）は、図４に示すように、第１の３方弁１３に対しては、その入口１３ｂから導入した負圧Ｐｎを選択的にその出口１３ｃから負圧室３Ｎ内に導出させるように制御して、負圧室３Ｎ内の気圧を負圧Ｐｎに調整させる。これにより、第１ダイアフラム５を大気圧室３Ａ側に付勢する力（即ち、弾性部材１１の圧縮反発力）よりも負圧室３Ｎ側に付勢する力（即ち、大気圧室３Ａの大気圧Ｐａの力と負圧室３Ｎの負圧Ｐｎの力との合力）の方が大きくなって第１ダイアフラム５が負圧室３Ｎ側に変位され、この変位に応じて、駆動ロッド９が連通孔３ｃを通じてハウジング３の内部３ａに引き込まれる。他方、制御装置２１は、第２の３方弁１５に対しては、その入口１５ａから導入した第１の３方弁１３の出口１３ｃから導出された負圧Ｐｎを選択的にその出口１５ｃから正圧室３Ｐ内に導出させるように制御して、正圧室３Ｐ内の気圧を負圧（即ち、負圧室３Ｎと同じ気圧）Ｐｎに調整させる。これにより、第２ダイアフラム７を負圧室３Ｎ側に付勢する力（即ち、負圧室３Ｎ内の負圧Ｐｎの力）よりも正圧室３Ｐ側に付勢する力（即ち、弾性部材１１の圧縮反発力と正圧室３Ｐ内の負圧Ｐｎの力との合力）の方が大きくなって第２ダイアフラム７が正圧室３Ｎ側に変位されてハウジング３の壁部３ｂ２に当接される。これにより、弾性部材１１の圧縮荷重が通常の荷重に調整される（即ち、駆動ロッド９の圧縮荷重が増大されない）。これにより、従来と同じ必要負圧（即ち、駆動ロッド９を引込駆動させるために負圧室３Ｎに導入する負圧Ｐｎ）の大きさで、駆動ロッド９がハウジング３内に引き込まれる。

以上の説明から、圧縮荷重調整機構３０（即ち、第２ダイアフラム７、第２気圧調整手段１５および正圧発生手段１９からなる機構）は、第２気圧調整手段１５により第２ダイアフラムが正圧室３Ｐ側または負圧室３Ｎ側に変位されることで、弾性部材１１における第１ダイアフラム５の反対側から弾性部材１１に掛かる圧縮荷重を調整するものであることが分かる。

＜主要な効果＞
以上のように構成されたダイアフラム式アクチュエータ装置１によれば、従来同様、第１気圧調整手段１３により負圧室３Ｎ内の気圧が調整されることで、第１ダイアフラム５が負圧室３Ｎ側または大気圧室３Ａ側に変位され、この変位に応じて駆動ロッド９を駆動できる（即ち、駆動ロッド９をハウジング３から出し入れできる）。また、圧縮荷重調整機構（ここでは、第２ダイアフラム７、第２気圧調整手段１５および正圧発生手段１９から構成される機構）により弾性部材１１の圧縮荷重（即ち圧縮反発力）を調整できるので、第１ダイアフラム５が大気圧室３Ａ側に変位して弾性部材１１の圧縮反発力が弱くなる場合は、圧縮荷重調整機構３０により弾性部材１１の圧縮荷重（即ち圧縮反発力）を増大させることで、外部振動による駆動ロッド９の押出量の変動を防止できる。また、駆動ロッド９をハウジング３内に引き込む場合は、圧縮荷重調整機構３０により弾性部材１１の圧縮荷重（即ち、圧縮反発力）を低減させることで、駆動ロッド９をハウジング３内に引き込むために負圧室３Ｎに導入する負圧（必要負圧）Ｐｎが増大することを防止できる。このように、弾性部材１１の弾性定数を上げることなく（即ち、必要負圧を増大することなく）、外部振動による駆動ロッド９の押出量の変動を防止できる。

また、圧縮荷重調整機構３０は、第２ダイアフラム７と第２気圧調整手段１５とを備えるので、第２気圧調整手段１５により正圧室３Ｐ内の気圧を調整して第２ダイアフラム７を正圧室３Ｐ側または負圧室３Ｎ側に変位させることで、弾性部材１１に掛かる圧縮荷重（即ち、圧縮反発力）を増減調整できる。

また、第１気圧調整手段１３は、上述のような３方弁として構成されるので、簡単な構成で負圧室３Ｎ内の気圧を負圧Ｐｎまたは大気圧Ｐａに調整できる。同様に、第２気圧調整手段１５は、上述のような３方弁として構成されるので、簡単な構成で正圧室３Ｐ内の気圧を正圧Ｐｐまたは負圧室３Ｎ内の気圧と同じ気圧に調整できる。

なお、この実施形態では、圧縮荷重調整機構３０は、第２ダイアフラム７、第２気圧調整手段１５および正圧発生手段１９により構成されるが、このような構成に限定されず、弾性部材１１における第１ダイアフラム５の反対側から弾性部材１１に掛かる圧縮荷重を調整できる機構であれば、どのような機構であってもよい。

≪第２実施形態≫
この実施形態は、第１実施形態のダイアフラム式アクチュエータ装置１が、自動車用エンジン等の内燃機関に搭載された過給器のウエストゲートバルブを開閉するアクチュエータ装置として使用された場合の実施形態である。

図５は、この実施形態に係る過給器付き内燃機関の構成概略図である。

この実施形態に係る過給器付き内燃機関５０は、図５に示すように、内燃機関ＥＧと、内燃機関ＥＧの燃焼室（図示省略）の吸気口（図示省略）に接続された吸気通路３１と、内燃機関ＥＧの前記燃焼室の前記排気口に接続された排気通路３３と、吸気通路３１内に配設されたスロットル弁３５と、吸気通路３１内に配設された吸気コンプレッサ３７と、排気通路３３内に配設された排気タービン３９と、排気通路３３内に配設されたウエストゲートバルブ４１と、ウエストゲートバルブ４１を開閉するダイアフラム式アクチュエータ装置１とを備えている。

排気通路３３は、内燃機関ＥＧの前記吸気口に接続された主排気通路３３ａと、主排気通路３３ａの所定箇所を迂回する排気バイパス通路３３ｂとから構成される。

排気タービ３９は、主排気通路３３ａの前記所定箇所において、内燃機関ＥＧから排気通路３３を通じて排気された排気ガスの流れにより回転するように配設される。

吸気コンプレッサ３７は、吸気通路３１の例えばスロットル弁３５の上流側において、回転可能に配設されると共に、回転軸部４３を介して排気タービ３９と同心軸上に連結される。これにより、吸気コンプレッサ３７は、排気タービ３９の回転により回転されて、吸気通路３１を流れる空気を内燃機関ＥＧ側に過給する（即ち、強制的に送り込む）。

ウエストゲートバルブ４１は、排気バイパス通路３３ｂ内において、排気バイパス通路３３ｂを閉塞（即ち、閉弁）／開通（即ち、開弁）自在に可動するように配設される。ここでは、ウエストゲートバルブ４１は、支点Ｃを中心に回動する支持部材４２の一端側に配設されており、支持部材４２が支点Ｃ周りに正回転（図の矢印Ａ方向の回転）することで閉弁（即ち、図５の実線状態）され、支持部材４２が支点Ｃ周りに逆回転（図の矢印Ｂ方向の回転）することで開弁（図５の点線状態）される。

ダイアフラム式アクチュエータ装置１は、第１実施形態と同様のダイアフラム式アクチュエータ装置である。この実施形態では、駆動ロッド９の先端（他端部）は、支持部材４２の他端に回動自在に連結される。そして、駆動ロッド９が押出駆動されると、その駆動ロッド９により支持部材４２が支点Ｃ周りに逆回転されて、ウエストゲートバルブ４１が開弁される。他方、駆動ロッド９が引込駆動されると、その駆動ロッド９により支持部材４２が支点Ｃ周りに正回転されて、ウエストゲートバルブ４１が閉弁される。

このように、この実施形態では、ダイアフラム式アクチュエータ装置１は、駆動ロッド９が押出駆動されると（即ち、負圧室３Ｎ内が大気圧Ｐａに調整されると）ウエストゲートバルブ４１が開弁される、所謂ノーマリーオープン型のダイアフラム式アクチュエータ装置として使用される。なお、駆動ロッド９が押出駆動されるとウエストゲートバルブ４１が閉弁するように支持部材４２を構成することで、ダイアフラム式アクチュエータ装置１を、駆動ロッド９が押出駆動されるとウエストゲートバルブ４１が閉弁される、所謂ノーマリークローズ型のダイアフラム式アクチュエータ装置として使用してもよい。

また、この実施形態のダイアフラム式アクチュエータ装置１では、第２の３方弁１５の入口１５ｂは、正圧経路４５を介して、吸気通路３１における例えばスロットル弁３５の上流側の所定箇所に連通される。これにより、通気通路３１内を流れる吸入空気の吸気圧により発生する正圧が、正圧Ｐｐとして、正圧経路４５を通じて第２の３方弁１５の入口１５ｂに導入される。なお、この実施形態では、正圧経路４５および吸気通路３１により第１実施形態の正圧発生手段１９が構成される。

また、この実施形態のダイアフラム式アクチュエータ装置１では、制御装置２１は、吸気通路３１に配設された過給圧センサ（図示省略）の検出結果に基づいて、エンジンＥＧに供給される吸入空気の過給圧を検出する。そして、制御装置２１は、その検出した過給圧が所定の閾値未満の場合は、第１実施形態の上述の第３の場合と同様に、駆動ロッド９を引込駆動してウエストゲートバルブ４１を閉弁する。他方、制御装置２１は、その検出した過給圧が所定の閾値以上の場合は、第１実施形態の上述の第１または第２の場合と同様に、駆動ロッド９を押出駆動してウエストゲートバルブ４１を開弁して、排気タービン３９に流入する排気ガスの一部を排気バイパス通路３３ｂに迂回させることで、エンジン５に供給される吸入空気の過給圧を制限する。

この実施形態のダイアフラム式アクチュエータ装置１の上記以外の構成は、第１実施形態の場合の構成と同じである。

なお、この実施形態では、吸気コンプレッサ３７、排気タービン３９、ウエストゲートバルブ４１、支持部材４２および回転軸部４３により、過給器が構成されている。

上記の構成により、この過給器付きエンジン５０では、エンジンＥＧから排出された排気ガスは、排気通路３３を流れて排気タービン３９に流入して排気タービン３９を回転させて排気される。そして、その排気タービン３９の回転により吸気コンプレッサ３７が回転されて、吸気通路３１に空気が強制的に取り込まれてエンジンが過給される。その際、制御装置２１により、上述のように、エンジンＥＧに供給される吸入空気の過給圧に応じて駆動ロッド９が駆動されて、ウエストゲートバルブ４１が開閉されることで、エンジン５に供給される吸入空気の過給圧が所定の閾値以下に制限される。これにより、エンジンＥＧが過給され過ぎることが防止される。

以上のように構成された過給器付きエンジン５０によれば、ダイアフラム式アクチュエータ装置１の第２の３方弁１５の入口１５ｂに導入される正圧Ｐｐは、内燃機関ＥＧの吸気系の吸気圧により発生する正圧であるので、正圧を発生させる正圧発生手段１９として、別途、正圧ポンプを設ける必要が無くなる。

なお、この実施形態では、３方弁１５の入口１５ｂは、正圧経路４５を介して吸気通路３１に連通されたが、吸気通路３１の代わりに、正圧経路４５を介して排気通路３３に連通させてもよい。その場合は、排気通路３３内を流れる排気ガスの排気圧（排気係の排気圧）により発生する正圧が、正圧Ｐｐとして、正圧経路４５を通じて第２の３方弁１５の入口１５ｂに導入される。この場合も、正圧を発生させる正圧発生手段１９として、別途、正圧ポンプを設ける必要が無くなる。

≪付帯事項≫
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は斯かる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと解される。

この発明に係るダイアフラム式アクチュエータ装置は、例えば自動車用エンジン等の内燃機関に搭載された過給器のウエストゲートバルブを開閉するアクチュエータ装置への使用に最適である。

１ ダイアフラム式アクチュエータ装置
３ ハウジング
３ｃ 連通孔
３Ａ 大気圧室
３Ｎ 負圧室
３Ｐ 正圧室
５ 第１ダイアフラム
７ 第２ダイアフラム
９ 駆動ロッド
１１ 弾性部材
１３ 第１気圧調整手段
１３ａ 第１入口
１３ｂ 第２入口
１３ｃ 第１出口
１５ 第２気圧調整手段
１５ａ 第３入口
１５ｂ 第４入口
１５ｃ 第２出口
３０ 圧縮荷重調整機構
４１ ウエストゲートバルブ
ＥＧ エンジン（内燃機関）
Ｐａ 大気圧
Ｐｎ 負圧
Ｐｐ 正圧

Claims (7)

1. その内外を連通する連通孔を有すると共にその内部に前記連通孔側から順に大気圧室および負圧室を有するハウジングと、
   前記大気圧室と前記負圧室とを仕切る第１ダイアフラムと、
   前記連通孔に挿通配置され、その一端部が前記第１ダイアフラムの前記大気圧室側の面に接続され、その他端部が前記ハウジングの外部に引き出された駆動ロッドと、
   前記負圧室内に圧縮されて配置され、その圧縮反発力により前記第１ダイアフラムを前記大気圧室側に付勢する弾性部材と、
   前記負圧室内の気圧を調整する第１気圧調整手段と、
   を備えたダイアフラム式アクチュエータ装置において、
   前記弾性部材における前記第１ダイアフラムの反対側から前記弾性部材に掛かる圧縮荷重を調整する圧縮荷重調整機構を備えることを特徴とするダイアフラム式アクチュエータ装置。
2. 請求項１に記載のダイアフラム式アクチュエータ装置であって、
   前記ハウジングは、その内部に、前記負圧室における前記大気圧室の反対側に正圧室を有し、
   前記圧縮荷重調整機構は、
   前記負圧室と前記正圧室とを仕切ると共に前記第１ダイアフラムとの間で前記弾性部材が圧縮状に狭装される第２ダイアフラムと、
   前記正圧室内の気圧を調整する第２気圧調整手段と、
   を備えることを特徴とするダイアフラム式アクチュエータ装置。
3. 請求項２に記載のダイアフラム式アクチュエータ装置であって、
   前記第１気圧調整手段は、
   第１入口、第２入口および第１出口を有し、前記第１入口から大気圧を導入し、前記第２入口から大気圧よりも低い負圧を導入し、前記第１および前記第２入口から導入した各気圧を選択的に前記第１出口から前記負圧室に導出する第１の３方弁であることを特徴とするダイアフラム式アクチュエータ装置。
4. 請求項３に記載のダイアフラム式アクチュエータ装置であって、
   前記第２気圧調整手段は、第３入口、第４入口および第２出口を有し、前記第３入口から前記第１の３方弁の前記第１出口から導出された前記気圧を導入し、前記第４入口から大気圧よりも高い正圧を導入し、前記第３および前記第４入口から導入した各気圧を選択的に前記第２出口から前記正圧室に導出する第２の３方弁であることを特徴とするダイアフラム式アクチュエータ装置。
5. 請求項４に記載のダイアフラム式アクチュエータ装置であって、
   前記第２の３方弁の前記第４入口に導入される前記正圧は、内燃機関の吸気系の吸気圧または排気系の排気圧により発生する正圧であることを特徴とするダイアフラム式アクチュエータ装置。
6. 請求項４または５に記載のダイアフラム式アクチュエータ装置であって、
   前記第２の３方弁は、前記弾性部材に掛かる圧縮荷重を増大させる場合は、前記第４入口から導入した前記正圧を選択的に前記第２出口から前記正圧室に導出し、他方、前記弾性部材に掛かる圧縮荷重を増大させない場合は、前記第３入口から導入した前記気圧を選択的に前記第２出口から前記正圧室に導出することを特徴とするダイアフラム式アクチュエータ装置。
7. 請求項１〜６の何れかに記載のダイアフラム式アクチュエータ装置であって、
   前記駆動ロッドは、内燃機関に搭載された過給器のウエストゲートバルブを開閉し、前記ハウジングから外部に押し出されることで、前記ウエストゲートバルブを閉弁または開弁することを特徴とするダイアフラム式アクチュエータ装置。

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