JP3620888B2 - Actuator capable of multi-stage positioning - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
この発明に係る多段位置決めが可能なアクチュエータは、例えば排気再循環装置に組み込んで、弁の開度を多段階に調整する為に利用する。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの燃焼室から排出される排気の一部を吸気系に戻し、この燃焼室内に送り込む混合気中の不活性ガス(H2 O、N2 、CO2 等)の割合を増加させると、上記燃焼室内での窒素酸化物の発生を抑える事ができる。そして 、定速走行時等に上記混合気中に混ぜる排気の量を増加させ、加速時、登坂時等には上記混合気中に混ぜる排気の量を減少させる排気再循環装置(EGR)が、従来から使用されている。
【0003】
図4は、この様な排気再循環装置の基本構成を示している。ディーゼルエンジンのシリンダ1の頂部に設けられた吸気口及び排気口はそれぞれ、吸気弁2或は排気弁3により開閉される。又、上記吸気口には吸気流路4の下流端が、排気口には排気流路5の上流端が、それぞれ接続されている。そして、この排気流路5の途中に再循環流路6の上流端を接続し、この再循環流路6の下流端を上記吸気流路4の途中に接続している。この再循環流路6の途中には、本発明の対象となるアクチュエータが組み込まれる流量調整弁7を設けて、上記排気流路5から上記吸気流路4に送られる排気の量を調整自在としている。
【0004】
この流量調整弁7として従来から、例えば特公平3−3066号公報に記載された構造が知られている。この公報に記載された流量調整弁は、図5に示す様に、上記再循環流路6の途中に直列に接続自在な流通孔8を有する。そして、弁体9によって、この流通孔8の開閉及び開度の調節を自在としている。この弁体9にはロッド10の一端(図5の上端)を結合しており、このロッド10の他端(図5の下端)に固定した開放ピストン11を開放シリンダ12に、気密に嵌装している。又、上記開放シリンダ12の上端開口を塞いだ蓋片13と上記開放ピストン11との間には閉鎖ばね14を設けて、上記ロッド10を介して上記弁体9に、上記流通孔8を閉じる方向の弾力を付与している。又、上記開放シリンダ12の端部で、上記開放ピストン11に対して上記閉鎖ばね14と反対側部分は圧力室15としている。
【0005】
そして、この圧力室15内に、図4に示したコンプレッサ等の圧縮空気源16から、圧力流体である圧縮空気を、供給路18を通じて送り込み自在としている。この供給路18の途中には電磁弁17を設け、この供給路18を通じての、上記圧力室15内への圧縮空気の給排を自在としている。
【0006】
上記電磁弁17は、マイクロコンピュータ等の制御器19により制御されるもので、次の(1) 〜(3) の状態を高速で切り換え自在である。
(1) 上記圧縮空気源16と圧力室15とを連通させる状態。
(2) 上記圧力室15と、電磁弁17の一部に設けられた図示しない排気ポートとを連通させる状態。
(3) 上記圧力室15を上記圧縮空気源16と排気ポートとの何れにも連通させず、圧力室15内への圧縮空気の給排を停止させる状態。
【0007】
シリンダ1上部の燃焼室内で発生する窒素酸化物の量を減少させるべく、排気の一部を燃焼室内に送り込む場合には、上記電磁弁17を上記(1) の状態に切り換える。この結果、流量調整弁7の圧力室15内に圧縮空気が送り込まれて、前記弁体9及びロッド10が、前記閉鎖ばね14の弾力に抗して変位し、流通孔8を開放する。又、排気を燃焼室内に送り込まない様にする為には、上記電磁弁17を上記(2) の状態に切り換える。この状態では上記圧力室15が、上記供給路18及び電磁弁17に設けた排気口を通じて大気中に開放され、上記弁体9及びロッド10が上記閉鎖ばね14の弾力により変位して、上記流通孔8を閉じる。更に、上記弁体9による流通孔8の開度を固定する場合には、上記(3) の状態に切り換える。この状態では、上記圧力室15に閉じ込められた圧縮空気の圧力と上記閉鎖ばね14の弾力とが釣り合って、上記弁体9及びロッド10が変位しなくなる。尚、この様な(3) の状態を実現可能にする為に、上記ロッド10の端部で前記開放シリンダ12から突出した部分には、ポテンショメータ等の変位計20を設けて、上記弁体9の位置を検出自在としている。
【0008】
一方、上記制御器19は、次の(a) 〜(c) に示す信号に応じて、上記電磁弁17の状態を切り換える。
(a) アクセル開度を表す信号
この信号を得る為に、例えばアクセルペダル21の動きを燃料噴射ポンプ22に伝達する為のケーブル23の途中に変位センサ66を設け、この変位センサ6 6の検出信号を上記制御器19に入力する。
(b) エンジンの回転速度を表す信号
この信号を得る為に、回転センサ24によってエンジンの回転速度を検出し、この回転センサ24の検出信号を上記制御器19に入力する。
(c) 冷却水温度を表す信号
この信号を得る為に、エンジンのウォータジャケット部分に温度センサ25を設け、この温度センサ25の検出信号を上記制御器19に入力する。
【0009】
上記(a) 〜(c) の信号のうち、(b)(c)の信号は、シリンダ1内で窒素酸化物が発生し易い状況か否かを知る為に必要であるが、(a) の信号は、加速、登坂等の為にアクセルペダル21を強く踏み込んだ場合に、前記再循環流路6を通じて吸気流路4に戻される排気の量を減少(零を含む)させる為に必要である。
【0010】
排気再循環装置は上述の様に構成され、車両の運行状況に応じて混合気中に混ぜる排気の量を調節する。この調節は、前記弁体9を駆動する為のロッド10の変位量を変える事で行なう。図4〜5に示した従来構造の場合には、電磁弁17を高速で切り換える事で圧力室15内の圧力を調整し、この圧力と閉鎖ばね14との釣り合いにより定まる上記変位量を、前記変位計20により検出している。
【0011】
ところが、この様にして上記ロッド10の変位量を調節するには、高速で切り換わる電磁弁17と高速で演算処理を行なう制御器19とが必要になる。これらは実用化されているとは言え高価である。従って、排気再循環装置の低廉化の為には、作動速度や演算処理速度がそれ程速くない電磁弁や制御器を使用しても、十分な調節を行なえる構造の実現が望まれている。
【0012】
作動速度や演算処理速度がそれ程速くない電磁弁や制御器を使用してもロッドの変位量を多段階で調節可能にする為に適用可能な構造として従来から、次の▲1▼▲2▼に記載された構造が知られている。
▲1▼ 株式会社オーム社が1989年2月25日に発行した「新版油空圧便覧」
この文献の第546頁には、ストロークが異なる3個のシリンダを互いに直列に配置し、各シリンダへの圧油の給排状態を切り換える事で、1本の出力ロッドの変位量を、ストローク零を含めて4段階に切り換えられるアクチュエータが記載されている。
▲2▼ 特開平3−129109号公報
この公報には、シリンダと、このシリンダ内に第一所定長さだけの変位自在に嵌装された第一ピストンと、この第一ピストンに対する第二所定長さだけの変位自在にして上記シリンダ内に嵌装された第二ピストンとを備えたアクチュエータが記載されている。又、このアクチュエータは、シリンダの内端面と上記第一ピストンとの端面との間に存在する第一油圧室と、上記第一、第二両ピストン同士の間に存在する第二油圧室とを備える。そして、ばねにより上記第二ピストンを、上記第一ピストンに向け押圧している。このアクチュエータの場合には、第一、第二両油圧室への圧油の給排状態を切り換える事により、上記第二ピストンにその基端部を結合した出力ロッドのストロークを、零を含めて4段階に制御できる。
【0013】
ところが、これら▲1▼▲2▼に記載されたアクチュエータの場合には、少なくとも2個のピストンを軸方向に亙って互いに直列に配置する為、軸方向に亙る寸法が大きくなってしまう。排気再循環装置の弁体9の開度を調整する為のアクチュエータの場合には、設置空間が限られており、多段階の調節を可能にする為、軸方向寸法が大きくなる事は好ましくない。この様な事情に鑑みて本発明者は先に、軸方向寸法を大きくする事なく、ロッドのストロークを多段階に調節可能なアクチュエータを発明した(実願平5−74572号)。
【0014】
【先発明の説明】
この先発明に係るアクチュエータは、例えば図6に示す様に構成される。排気流路5から吸気流路4(図4参照)に排気を流す為の流通孔8を設けたブロック28の下面に固定されたシリンダケース29の内側には、シリンダ孔30を設けている。このシリンダ孔30の内側には円筒状の外側ピストン31を、軸方向に亙ってL31分だけ変位自在に、且つ気密に嵌装している。この外側ピストン31の下端部には、円板状の端板32を気密に内嵌固定している。又、上記シリンダケース29の底板部33にはボルト34を螺着して、上記外側ピストン31の下端縁が底板部33の上面に当接する事を防止している。そして、上記シリンダケース29の下端部には第一ポート35を設けて、上記外側ピストン31と上記底板部33の間部分36に圧縮空気を給排自在としている。
【0015】
又、上記外側ピストン31の内側には内側ピストン37を、この外側ピストン31に対し軸方向に亙りL37分だけ変位を自在に、且つ気密に嵌装している。上記内側ピストン37の下面中央部には突部38を形成して、この内側ピストン37の軸方向一端面である下面と、上記端板32の片面である上面とが密接する事を防止し、これら両面同士の間に内側圧力室39を設けている。上記シリンダケース29の下部側面には、この内側圧力室39に圧力流体を給排する為の第二ポート40を設けている。そして、この第二ポート40と上記内側圧力室39とを、給排通路により連通させている。この給排通路は、上記外側ピストン31の内周面と外周面とを連通させる通孔41、41と、上記外側ピストン31の外周面に全周に亙って形成された凹部42とを含んで構成される。流通孔8の端部開口を開閉する為の弁体9をその端部に固設したロッド10は、上記内側ピストン37の上面に、閉鎖ばね14の弾力に基づいて当接させられている。又、上記外側、内側両ピストン31、37の上側に存在する空間43は、フィルタ44を介して大気に通じている。
【0016】
上述の様に構成される先発明に係るアクチュエータは、第一、第二両ポート35、40への圧縮空気の供給状態を次表に示す様に切り換える事で、上記ロッド10のストロークを(零を含めて)4段階に調節できる。
【0017】
【表1】
【0018】
即ち、何れのポート35、40にも圧縮空気の供給を停止している状態では、外側、内側両ピストン31、37の何れにも上昇方向の力が付与されない。従って、上記ロッド10が閉鎖ばね14の弾力により下降し切り、上記弁体9が上記流通孔8を完全に閉じる。次に、第一ポート35に圧縮空気を供給し、第二ポート40への圧縮空気の供給を停止した状態では、上記内側ピストン37下面の突部38と端板32の上面とを当接させた状態のまま、上記外側ピストン31がL31分だけ上昇する。この結果、上記弁体9が上記流通孔8の開口縁部からL31分だけ離れる。次に、第一ポート35への圧縮空気を停止し、第二ポート40に圧縮空気を供給した状態では、上記端板32の下面とボルト34の上端面とを当接させた状態のまま、上記内側ピストン37がL37分だけ上昇する。この結果、上記弁体9が上記流通孔8の開口縁部からL37分だけ離れる。更に、第一、第二両ポート35、40に圧縮空気を供給した状態では、上記外側ピストン31がL31分だけ上昇するだけでなく、この外側ピストン31に対して上記内側ピストン37がL37分だけ上昇する。この結果、上記弁体9が上記流通孔8の開口縁部からL31+L37分だけ離れる。
【0019】
この様に構成され作用する先発明に係るアクチュエータの場合には、外側ピストン31と内側ピストン37とを直径方向に重ねて配置している為、軸方向に亙る寸法を大きくする事なく、ストロークを多段階に調節できる。尚、上記内側ピストン37の更に内側に第二内側ピストンを設け、この第二内側ピストンも外側ピストン及び内側ピストンと別に変位自在にすれば、ストロークを8段階に調節する事も可能になる。この為の具体的な構造に就いても、前記実願平5−74572号に記載されている。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
上述の様に構成され作用する先発明に係るアクチュエータの場合、軽量化の為にシリンダケース29をアルミニウム合金により造ると、外側ピストン31の変位量L31が低温時と高温時とで大きく異なってしまう。即ち、排気循環装置に組み込まれた状態で使用されるアクチュエータの場合には、エンジンの運転継続に伴って相当に高温になる。従って、上記シリンダケース29及び外側ピストン31の温度も相当に高くなり、これら両部材29、31の熱膨張量が無視できない程に大きくなる。これら両部材29、31を同一材料により造った場合には、上記変位量L31が実際に大きく変動する事はない。
【0021】
これに対して、軽量化の為、容積が嵩む上記シリンダケース29をアルミニウム合金により造り、強度を必要とする上記外側ピストン31を鉄製のままとした場合に、上記変位量L31の変動が大きくなる。具体的には、アルミニウム合金製のシリンダケース29の熱膨張量が鉄製の外側ピストン31の熱膨張量に比べて大きくなる為、温度上昇に伴って上記変位量L31が大きくなってしまう。この結果、第一ポート35に圧縮空気を供給し、上記外側ピストン31を上昇させると、弁体9が流通孔8の開口縁部から必要以上に離れ、所望以上の排気が流通孔8を通じて吸気流路4(図4)に還流してしまう。本発明の多段位置決めが可能なアクチュエータはこの様な事情に鑑み、軽量化の為にシリンダケースをアルミニウム合金により造った場合にも、温度変化に伴うストロークの変化を小さく抑えるべく、発明したものである。
【0022】
【課題を解決するための手段】
本発明の多段位置決めが可能なアクチュエータは、前述した先発明に係る多段位置決めが可能なアクチュエータと同様に、シリンダケースと、このシリンダケースの内側に設けられたシリンダ孔と、このシリンダ孔の内側に軸方向に亙って変位自在に嵌装された、円筒状で軸方向に関する一端開口を端板により塞がれた外側ピストンと、上記シリンダケースの軸方向一端部に設けられ、上記シリンダ孔の軸方向一端部で上記外側ピストンの軸方向一端側と対向する部分に圧力流体を給排自在な第一ポートと、上記外側ピストンの内側に、この外側ピストンに対する軸方向に亙る変位を自在として嵌装された内側ピストンと、この内側ピストンの軸方向一端面と上記端板の片面との間に設けられた内側圧力室と、この内側圧力室に圧力流体を給排する為、上記シリンダケースの一部に設けられた第二ポートと、上記外側ピストンの内周面と外周面とを連通させる通孔を含んで構成され、上記内側圧力室と上記第二ポートとを連通させる給排通路とを備える。
【0023】
更に、本発明の多段位置決めが可能なアクチュエータは、上記外側ピストンの軸方向他端部に固定された係止ブラケットと、この係止ブラケットを構成する、この外側ピストンの内径よりも小さな内径及びこの外側ピストンの外径よりも大きな外径を有する円輪状の主部と、この主部の外径寄り部分で、この外側ピストンの外周面よりも直径方向外方に突出した部分により構成された係合突部と、上記シリンダ孔の軸方向他端部内周面に、このシリンダ孔の内周面よりも直径方向外方に突出する状態で形成され、その内側に上記係合突部を進入させた、この係合突部の外径よりも大きな内径及びこの係合突部の軸方向寸法よりも大きな軸方向寸法を有する係合凹部とを備える。そして、上記内側ピストンの軸方向他端面に、上記係止ブラケットの主部の内径側を緩く挿通したロッドの端面を突き当て自在としており、上記外側ピストンは、この係合凹部の軸方向寸法と上記係合突部の軸方向寸法との差に相当する分だけ軸方向に亙って変位自在としている。又、上記内側ピストンは上記外側ピストンの内側で、この内側ピストンの軸方向寸法と、上記端板と上記主部の内径寄り部分でこの外側ピストンの内周面よりも直径方向に突出した部分との間隔との差に相当する分だけ軸方向に亙って変位自在としている。
【0024】
【作用】
上述の様に構成される本発明の多段位置決めが可能なアクチュエータにより、例えば弁体を駆動する為のロッドのストロークを多段階に調節する際の作用は、前述した先発明の場合と同様である。特に、本発明の多段位置決めが可能なアクチュエータの場合には、外側ピストンの変位量を係合凹部の軸方向寸法と上記係合突部の軸方向寸法との差で規制している為、温度上昇に基づくストロークの変化を小さく抑える事ができる。即ち、上記係合凹部の軸方向寸法の絶対値は、シリンダケースの軸方向寸法に比べて遥かに小さい為、このシリンダケースをアルミニウム合金により造り、しかもこのシリンダケースの温度が上昇した場合でも、上記係合凹部の軸方向寸法の増加量は小さい。従って、温度変化に伴う上記外側ピストンの変位量の変動を小さくできる。
【0025】
【実施例】
図面に沿って本発明の実施例を説明するが、位置及び方向に関する上下左右の表現は説明の便宜上であって、実際の設置状態が図面及び実施例の説明の状態と90度異なっていても良いし、上下逆であっても良い。図1〜3は本発明の実施例を示している。アルミニウム、鋳鉄等の金属により造られた弁ケース45の上部内側には、この弁ケース45の上端面と上部片側面(図1の左側面)とに開口する流通孔8を設けている。排気再循環装置の構成時には、この流通孔8の上流端である上方開口は排気流路5(図4)に、下流端である側方開口は吸気流路4(図4)に、それぞれ通じさせて、再循環流路6(図4〜5)に直列に接続する。
【0026】
上記流通孔8の上端開口部には、この流通孔8の開閉及び開度の調節を行なう弁体9を設けている。この弁体9の下面中央部にはロッド10の上端部を結合している。尚、図示の実施例では、これら弁体9とロッド10とを一体とした、きのこ弁を使用している。このロッド10は、上記弁ケース45内に鉛直方向に亙って形成された貫通孔46内に、摺動自在に挿通されている。そして、このロッド10の下端部で上記貫通孔46から下方に突出した部分にばね座49を固定している。このばね座49は、合成樹脂、金属等により全体を円輪状に形成されて、中心部に内径が上方に向かう程小さくなるテーパ孔を有する。又、上記ロッド10の下端部外周面で上記テーパ孔の内側に位置する部分には凹溝47を、全周に亙り形成している。そして、合成樹脂又は金属により2分割自在なテーパ円筒状に造られて上記テーパ孔の内側に嵌合したコッタ48の内周面に形成した突条と、上記凹溝47とを係合させている。従って上記ばね座49は、上記ロッド10に対し下方に変位する事はない。
【0027】
上述の様にしてロッド10の下端部に支持されたばね座49と、上記弁ケース45の内側に形成した隔壁50の下面との間には、圧縮コイルばねである閉鎖ばね14を設けている。この閉鎖ばね14は、上記ばね座49を介して上記ロッド10を下方に向け弾性的に押し、上記弁体9に上記流通孔8を閉じる方向の弾力を付与している。上記貫通孔46は、上記隔壁50を上下に貫通する状態で設けている。
【0028】
又、上記ロッド10の中間部で上記貫通孔46の下端開口直下位置に、耐熱性ゴム等により造られたシールリング51を外嵌して、上記貫通孔46の内周面と上記ロッド10の外周面との間の隙間を通じて排気が漏洩するのを防止している。又、前記隔壁50の下面中央部には円筒部52を形成しており、この円筒部52の下端部に、合成樹脂又は金属により円筒状に形成された抑え筒53の上半部を外嵌固定している。そして、この抑え筒53の下端部に形成した内向フランジ状の鍔部54により、上記シールリング51の脱落防止を図っている。上記抑え筒53の上半部内周面と上記円筒部52の下半部外周面とは、接着により、或は図示しない凹凸係合により結合して、円筒部52からの抑え筒53の抜け止めを図っている。
【0029】
又、上記隔壁50の内側には冷却ジャケット55を設け、この冷却ジャケット55内に、給水口56と排水口57とを通じて、エンジンの冷却水を流通自在としている。この冷却ジャケット55は、上記ロッド10の下半部の温度上昇を抑える機能を有する。即ち、エンジンの運転時には、前記排気流路5(図4)を流通する排気から弁体9の上端面に伝えられ、或はこの排気流路5及び前記流通孔8を流通する排気から上記弁体9及びロッド10に伝達された熱で、このロッド10の上部の温度が上昇する。但し、上記排気から上記ロッド10に伝達された熱のうちの多くの部分は、上記冷却ジャケット55内を流通する冷却水によって持ち去られる。従って、ロッド10の上半部の温度が上昇しても、このロッド10の中間部下寄り部分で上記シールリング51を装着した部分の温度上昇は限られたものとなる。この結果、このシールリング51の耐久性を十分に確保できる。
【0030】
又、前記弁ケース45の下面には、シリンダケース29aを結合固定している。このシリンダケース29aの内側には、シリンダ孔30aを設けている。このシリンダ孔30aの内側には有底円筒状の外側ピストン31aを、軸方向に亙る変位自在に、且つ気密に嵌装している。上記外側ピストン31aの下端は、この外側ピストン31aと一体に形成された端板32aにより気密に塞いでいる。又、この端板32aの下面には直径方向に亙る凹部58を形成して、上記外側ピストン31aの下端面と、上記シリンダケース29aの底板部33aの上面との間に軸方向隙間を設け、これら各面同士が当接する事を防止している。そして、上記底板部33aの中央部には第一ポート35aを設けて、上記外側ピストン31aの下側に圧縮空気を給排自在としている。
【0031】
又、上記外側ピストン31aの内側には内側ピストン37aを、この外側ピストン31aに対して軸方向に亙りL37a 分だけ変位を自在に、且つ気密に嵌装している。上記内側ピストン37aの下面には円筒部59を形成して、この内側ピストン37aの軸方向一端面である下面と、上記端板32aの片面である上面との間に軸方向隙間を設け、前記弁体9が閉じている時でもこれら各面同士が当接する事を防止している。そして、これら両面同士の間に内側圧力室39aを設けている。上記シリンダケース29aの中間部側面には、この内側圧力室39aに圧力流体を給排する為の第二ポート40aを設けている。そして、この第二ポート40aと上記内側圧力室39aとを、給排通路により連通させている。この給排通路は、前記シリンダ孔30aの内周面に全周に亙って形成された、リング状通路である凹部42bと、上記外側ピストン31aの内周面と外周面とを連通させる通孔41aと、上記内側ピストン37aの外周面に全周に亙って形成された凹部42aと、上記円筒部59の内周面と外周面とを連通させる通孔41bとを含んで構成される。流通孔8の端部開口を開閉する為の弁体9をその端部に固設したロッド10は、上記内側ピストン37aの上面に、閉鎖ばね14の弾力に基づいて当接させられている。又、上記外側、内側両ピストン31a、37aの上側に存在する空間43aは、図示しないフィルタを介して大気に通じている。
【0032】
更に、前記外側ピストン31aの上端部外周面には、係止ブラケット60を螺合固定している。この係止ブラケット60は、円輪状の主部61の下面に円筒部62を形成している。そして、この円筒部62の内周面に形成した雌ねじと上記外側ピストン31aの上端部外周面に形成した雄ねじとを螺合させる事で、上記外側ピストン31aの上端部に固定している。この状態で上記主部61の直径方向外半部は、上記外側ピストン31aの外周面よりも直径方向外方に突出する、外向フランジ状の係合突部63を構成する。尚、上記ロッド10の下端部は、上記主部61の内径側を緩く挿通して、その下端面を上記内側ピストン37aの上端面に突き当てている。
【0033】
一方、前記シリンダ孔30aの上端部内周面には係合凹部64を、このシリンダ孔30aの内周面よりも直径方向外方に突出する状態で形成している。即ち、前記シリンダケース29aの上端開口部外周縁にその全周に亙って形成した段部65と前記弁ケース45の下面との間で、上記係合凹部64を形成している。そして、この係合凹部64の内側に、上記係合突部63を進入させている。上記係合凹部64の軸方向に亙る厚さ寸法T64は、上記係合突部63の軸方向に亙る厚さ寸法T63よりも大きい(T64>T63)。従って前記外側ピストン31aは、この係合凹部64の厚さ寸法T64と上記係合突部63の厚さ寸法T63との差(T64−T63)に相当する分だけ軸方向に亙って変位自在である。言い換えれば、上記外側ピストン31aの変位量L31a は、上記厚さ寸法の差(T64−T63)分となる。
【0034】
上述の様に構成される本発明に係るアクチュエータは、第一、第二両ポート35a、40aへの圧縮空気の供給状態を前記表1に示す様に切り換える事で、前記ロッド10のストロークを(零を含めて)4段階に調節できる。即ち、第一、第二のポート35a、40aの何れにも圧縮空気の供給を停止している状態では、外側、内側両ピストン31a、37aの何れにも上昇方向の力が付与されない。従って、上記ロッド10が閉鎖ばね14の弾力により下降し切り、上記弁体9が上記流通孔8を完全に閉じる。次に、第一ポート35aに圧縮空気を供給し、第二ポート40aへの圧縮空気の供給を停止した状態では、上記内側ピストン37a下面の円筒部59の下端縁と端板32aの上面とを当接させた状態のまま、上記外側ピストン31aが上記L31a 分だけ上昇する。この結果、上記弁体9が上記流通孔8の開口縁部からL31a 分だけ離れる。
【0035】
次に、第一ポート35aへの圧縮空気を停止し、第二ポート40aに圧縮空気を供給した状態では、前記段部65と前記係合突部63の下面とを当接させた状態のまま、上記内側ピストン37aがL37a 分だけ上昇する。この結果、上記弁体9が上記流通孔8の開口縁部からL37a 分だけ離れる。
【0036】
更に、第一、第二両ポート35a、40aに圧縮空気を供給した状態では、上記外側ピストン31aがL31a 分だけ上昇するだけでなく、この外側ピストン31aに対して上記内側ピストン37aがL37a 分だけ上昇する。この結果、上記弁体9が上記流通孔8の開口縁部からL31a +L37a 分だけ離れる。
【0037】
上述の様に弁体9を駆動する為のロッド10のストロークを4段階に変更する際の作用は、前述した先発明の場合と同様である。特に、本発明の多段位置決めが可能なアクチュエータの場合には、上記外側ピストン31aの変位量L31a を前記係合凹部64の厚さ寸法T64と前記係合突部63の厚さ寸法T63との差(T64−T63)で規制している為、温度上昇に基づくストロークの変化を小さく抑える事ができる。即ち、上記係合凹部64の厚さ寸法T64の絶対値は、前記シリンダケース29aの軸方向寸法に比べて遥かに小さい。この為、このシリンダケース29aをアルミニウム合金により造り、しかもこのシリンダケース29aの温度が上昇した場合でも、上記係合凹部64の厚さ寸法T64の増加量は小さい。従って、温度変化に伴う上記外側ピストン31aの変位量L31a の変動を小さくできる。
【0038】
【発明の効果】
本発明の多段位置決めが可能なアクチュエータは、以上に述べた通り構成され作用するので、軸方向に亙る寸法を小さくし、しかもストロークを多段階に変更できると言った、先発明の効果に加え、軽量化の為にシリンダケースをアルミニウム合金により造った場合にも、温度変化に伴うストロークの変化を小さく抑える事ができる。この為、特に高価な構成部品を使用せずに排気再循環装置を構成する事ができ、しかも温度変化に拘らず排気再循環装置の性能を安定させる事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す断面図。
【図2】図1の下方から見た図。
【図3】図1の下部拡大図。
【図4】排気再循環装置の回路図。
【図5】従来の流量調整弁の断面図。
【図6】先発明の多段位置決めが可能なアクチュエータを組み込んだ流量調整弁の断面図。
【符号の説明】
1 シリンダ
2 吸気弁
3 排気弁
4 吸気流路
5 排気流路
6 再循環流路
7 流量調整弁
8 流通孔
9 弁体
10 ロッド
11 開放ピストン
12 開放シリンダ
13 蓋片
14 閉鎖ばね
15 圧力室
16 圧縮空気源
17 電磁弁
18 供給路
19 制御器
20 変位計
21 アクセルペダル
22 燃料噴射ポンプ
23 ケーブル
24 回転センサ
25 温度センサ
28 ブロック
29、29a シリンダケース
30、30a シリンダ孔
31、31a 外側ピストン
32、32a 端板
33、33a 底板部
34 ボルト
35、35a 第一ポート
36、36a 間部分
37、37a 内側ピストン
38 突部
39、39a 内側圧力室
40、40a 第二ポート
41、41a、41b 通孔
42、42a、42b 凹部
42b+41a+42a+41b 給排通路
43、43a 空間
44 フィルタ
45 弁ケース
46 貫通孔
47 凹溝
48 コッタ
49 ばね座
50 隔壁
51 シールリング
52 円筒部
53 抑え筒
54 鍔部
55 冷却ジャケット
56 給水口
57 排水口
58 凹部
59 円筒部
60 係止ブラケット
61 主部
62 円筒部
63 係合突部
64 係合凹部
65 段部
66 変位センサ [0001]
[Industrial application fields]
The actuator capable of multistage positioning according to the present invention is incorporated in, for example, an exhaust gas recirculation device and used to adjust the valve opening in multiple stages.
[0002]
[Prior art]
Part of the exhaust discharged from the combustion chamber of the diesel engine is returned to the intake system, and the inert gas (H2 O, N2 , CO2 Etc.), the generation of nitrogen oxides in the combustion chamber can be suppressed.And , ConstantIncrease the amount of exhaust gas mixed into the air-fuel mixture when traveling at high speed, etc.Etc.Conventionally, an exhaust gas recirculation device (EGR) that reduces the amount of exhaust gas mixed into the air-fuel mixture has been used.
[0003]
FIG. 4 shows the basic configuration of such an exhaust gas recirculation device. An intake port and an exhaust port provided at the top of the
[0004]
Conventionally, for example, a structure described in Japanese Patent Publication No. 3-3066 is known as the flow rate adjusting valve 7. As shown in FIG. 5, the flow rate adjusting valve described in this publication has a
[0005]
Then, compressed air, which is a pressure fluid, can be freely fed into the
[0006]
The
(1) A state in which the
(2) A state in which the
(3) A state in which the
[0007]
In order to reduce the amount of nitrogen oxides generated in the combustion chamber above the
[0008]
On the other hand, the controller 19 switches the state of the
(A) Signal indicating accelerator opening
In order to obtain this signal, for example, a displacement sensor is provided in the middle of the
(B) Signal indicating engine speed
In order to obtain this signal, the rotation speed of the engine is detected by the
(C) Signal indicating cooling water temperature
In order to obtain this signal, a
[0009]
Among the signals (a) to (c), the signals (b) and (c) are necessary to know whether or not nitrogen oxides are likely to be generated in the
[0010]
The exhaust gas recirculation device is configured as described above.AndThe amount of exhaust gas mixed into the air-fuel mixture is adjusted according to the vehicle operating conditions. This adjustment is performed by changing the amount of displacement of the
[0011]
However, in order to adjust the amount of displacement of the
[0012]
Conventionally, as a structure that can be applied to make it possible to adjust the displacement of the rod in multiple stages even when using a solenoid valve or controller whose operating speed or processing speed is not so fast, the following (1) (2) The structure described in is known.
(1) "New edition hydraulic and pneumatic handbook" issued by Ohm Co., Ltd. on February 25, 1989
On page 546 of this document, three cylinders with different strokes are arranged in series with each other, and the amount of displacement of one output rod is reduced to zero stroke by switching the pressure oil supply / discharge state to each cylinder. An actuator that can be switched in four stages including is described.
(2) JP-A-3-129109
In this publication, a cylinder, a first piston fitted into the cylinder by a first predetermined length so as to be displaceable, and a second predetermined length with respect to the first piston are made displaceable by a second predetermined length. An actuator with a second piston fitted in is described. The actuator includes a first hydraulic chamber that exists between the inner end surface of the cylinder and the end surface of the first piston, and a second hydraulic chamber that exists between the first and second pistons. Prepare. And the said 2nd piston is pressed toward the said 1st piston with the spring. In the case of this actuator, the stroke of the output rod with its base end coupled to the second piston, including zero, is switched by switching the pressure oil supply / discharge state to both the first and second hydraulic chambers. It can be controlled in 4 stages.
[0013]
However, in the case of the actuators described in (1) and (2), since at least two pistons are arranged in series in the axial direction, the dimension in the axial direction becomes large. In the case of an actuator for adjusting the opening degree of the
[0014]
[Description of the invention]
For example, the actuator according to the present invention is configured as shown in FIG. A
[0015]
An
[0016]
The actuator according to the prior invention configured as described above switches the supply state of the compressed air to the first and
[0017]
[Table 1]
[0018]
That is, in a state where the supply of compressed air to any of the
[0019]
In the case of the actuator according to the present invention configured and operated in this way, the
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of the actuator according to the present invention configured and operated as described above, if the
[0021]
On the other hand, when the
[0022]
[Means for Solving the Problems]
The actuator capable of multistage positioning according to the present invention includes a cylinder case, a cylinder hole provided inside the cylinder case, and a cylinder hole provided inside the cylinder hole, like the actuator capable of multistage positioning according to the previous invention. Cylindrical, fitted in a freely displaceable manner in the axial directionAxial directionAn outer piston whose one end opening is closed by an end plate, and the cylinder caseOne axial endOf the cylinder holeOne axial endOf the outer pistonAxial directionA first port capable of supplying and discharging pressure fluid to a portion facing one end side, an inner piston fitted inside the outer piston so as to be freely movable in the axial direction with respect to the outer piston, and the inner piston An inner pressure chamber provided between one end surface in the axial direction and one surface of the end plate; and a second port provided in a part of the cylinder case for supplying and discharging pressure fluid to and from the inner pressure chamber; It includes a through hole that communicates the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the outer piston, and includes a supply / discharge passage that communicates the inner pressure chamber and the second port.
[0023]
Furthermore, the actuator capable of multi-stage positioning according to the present invention includes the outer piston.A locking bracket fixed to the other end in the axial direction, and an annular main portion having an inner diameter smaller than the inner diameter of the outer piston and an outer diameter larger than the outer diameter of the outer piston, constituting the locking bracket. And in the part near the outer diameter of this main part, Diametrically outward from the outer peripheral surface of this outer pistonEngagement protrusion composed of protruding partsAnd the cylinder holeOther axial endThe inner peripheral surface is formed in a state of projecting outward in the diameter direction from the inner peripheral surface of the cylinder hole, and the engagement protrusion is made to enter inside thereof.And an inner diameter larger than the outer diameter of the engaging protrusion and an axial dimension larger than the axial dimension of the engaging protrusion.An engaging recess. AndThe other end surface in the axial direction of the inner piston is allowed to abut the end surface of the rod loosely inserted through the inner diameter side of the main portion of the locking bracket,The outer piston can be displaced in the axial direction by an amount corresponding to the difference between the axial dimension of the engaging recess and the axial dimension of the engaging protrusion.It is said. In addition, the inner piston is the inner dimension of the inner piston, the axial dimension of the inner piston, and a portion projecting in a diametrical direction from the inner peripheral surface of the outer piston at a portion closer to the inner diameter of the end plate and the main portion. It is displaceable in the axial direction by an amount corresponding to the difference between.
[0024]
[Action]
For example, the operation of adjusting the stroke of the rod for driving the valve body in multiple stages by the actuator capable of multi-stage positioning of the present invention configured as described above is the same as in the case of the above-described prior invention. . In particular, in the case of the actuator capable of multistage positioning according to the present invention, the displacement amount of the outer piston is regulated by the difference between the axial dimension of the engaging recess and the axial dimension of the engaging protrusion. Stroke change based on ascentThe smallIt can be suppressed. That is, since the absolute value of the axial dimension of the engaging recess is much smaller than the axial dimension of the cylinder case, even if the cylinder case is made of an aluminum alloy and the temperature of the cylinder case rises, The amount of increase in the axial dimension of the engaging recess is small. Therefore, the variation of the displacement amount of the outer piston with temperature changeThe smallI can do it.
[0025]
【Example】
The embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, but the vertical and horizontal expressions regarding the position and direction are for convenience of explanation, and the actual installation state may be 90 degrees different from the state described in the drawings and embodiments. Good or upside down. 1 to 3 show an embodiment of the present invention. On the upper inner side of the
[0026]
A
[0027]
Between the
[0028]
Further, a
[0029]
In addition, a cooling
[0030]
A cylinder case 29a is coupled and fixed to the lower surface of the
[0031]
An
[0032]
Further, a locking
[0033]
On the other hand, an
[0034]
The actuator according to the present invention configured as described above changes the stroke of the
[0035]
Next, in a state where the compressed air to the first port 35a is stopped and the compressed air is supplied to the
[0036]
Further, in a state where compressed air is supplied to the first and
[0037]
As described above, the action of changing the stroke of the
[0038]
【The invention's effect】
Since the actuator capable of multi-stage positioning of the present invention is configured and operates as described above, in addition to the effect of the previous invention, the dimension in the axial direction can be reduced and the stroke can be changed in multiple stages. Even when the cylinder case is made of aluminum alloy to reduce weight, the stroke changes with temperature changes.The smallIt can be suppressed. Therefore, the exhaust gas recirculation device can be configured without using particularly expensive components, and the performance of the exhaust gas recirculation device can be stabilized regardless of temperature changes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view as seen from below in FIG.
3 is an enlarged view of the lower part of FIG.
FIG. 4 is a circuit diagram of an exhaust gas recirculation device.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional flow rate adjustment valve.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a flow rate adjusting valve incorporating an actuator capable of multistage positioning according to the previous invention.
[Explanation of symbols]
1 cylinder
2 Intake valve
3 Exhaust valve
4 Intake channel
5 Exhaust flow path
6 Recirculation flow path
7 Flow control valve
8 distribution hole
9 Disc
10 Rod
11 Open piston
12 Open cylinder
13 Lid
14 Closing spring
15 Pressure chamber
16 Compressed air source
17 Solenoid valve
18 Supply path
19 Controller
20 Displacement meter
21 Accelerator pedal
22 Fuel injection pump
23 Cable
24 Rotation sensor
25 Temperature sensor
28 blocks
29, 29a Cylinder case
30, 30a Cylinder hole
31, 31a Outer piston
32, 32a end plate
33, 33a Bottom plate part
34 volts
35, 35a First port
36, 36a part
37, 37a Inner piston
38 Projections
39, 39a Inner pressure chamber
40, 40a Second port
41, 41a, 41b Through hole
42, 42a42b Recess
42b + 41a + 42a + 41b Supply / discharge passage
43, 43a space
44 filters
45 Valve case
46 Through hole
47 Groove
48 cotters
49 Spring seat
50 Bulkhead
51 Seal ring
52 Cylindrical part
53 Retaining cylinder
54 Buttocks
55 Cooling jacket
56 Water inlet
57 Drainage port
58 recess
59 Cylindrical part
60 Locking bracket
61 Main part
62 Cylindrical part
63 engaging protrusion
64 engagement recess
65 steps
66 Displacement sensor
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