JPH08270609A

JPH08270609A - 多段位置決めが可能なアクチュエータの運転方法

Info

Publication number: JPH08270609A
Application number: JP7074948A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nara; 浩奈良
Original assignee: Sanwa Seiki Ltd
Current assignee: Sanwa Seiki Ltd
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1995-03-31
Publication date: 1996-10-15

Abstract

(57)【要約】【目的】小型軽量化と作動速度の向上を図るべく、ア
クチュエータの外径寸法を小さくしても、小径な内側ピ
ストン３７ａのみを確実に変位可能にする。【構成】小径で受圧面積が小さな内側ピストン３７ａ
を外側ピストン３１ａに対して変位させる際に、第二ポ
ート４０ａだけでなく、第一ポート３５ａにも短時間だ
け圧縮空気を供給する。この結果、受圧面積が大きな外
側ピストン３１ａが十分に大きな力でロッド１０を押し
上げ、弁体９を流通孔８の開口周縁から離隔させる。弁
体９を開口周縁から離隔させた後、上記第一ポート３５
ａへの圧縮空気供給は停止し、第二ポート４０ａへの圧
縮空気供給のみを継続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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の運転方法は、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のアクチ
ュエータを、特定長さだけストロークさせる際に利用す
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。但し、混合気中の不活性ガスの
割合が増す事で、エンジンの出力が低下する。従って、
大きな出力を要しない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、大きな出
力を要する場合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５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６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６の上端）を結合しており、こ
のロッド１０の他端（図６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５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、エンジンの出力を増大させるべく、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
中に変位センサを設け、この変位センサの検出信号を上
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、運転者がエ
ンジンに大きな出力を要求しているか否かを知る為に必
要である。即ち、前述した様に、大きな出力を要しない
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
せて、燃焼室内での窒素酸化物の発生を抑える。一方、
混合気中に混ぜる排気の量を増加させ、混合気中の不活
性ガスの割合が増すと、エンジンの出力が低下する。こ
の為、加速、登坂等の為にアクセルペダル２１を強く踏
み込んだ場合には、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）させて、加
速、登坂等に必要な出力を確保する。

【００１０】排気再循環装置は上述の様に構成され作用
する事で、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５〜６
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
のに記載された構造が知られている。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。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７に示す様に構成される。排気流路５から吸気
流路４（図５参照）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４
０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３
１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、３
７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Ｌ
₃₇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、小型軽量化
の為、或は作動時間の短縮の為にシリンダケース２９の
直径を小さくすると、弁体９を開放すべくロッド１０を
押し上げる力が不足する事が考えられる。この理由は次
の通りである。弁体９が流通孔８の端部開口を塞いだ状
態では、この弁体９の片面（図７の上面）で排気流路５
に対向する部分には、この排気流路５を流れる排気に基
づいて正圧が加わる。これに対して、上記弁体９の他面
（図７の下面）で上記流通孔８を介して吸気流路４に対
向する部分には負圧が加わる。従って上記弁体９は、こ
れら正圧と負圧との差により、上記流通孔８の開口端部
周縁に強く押し付けられた状態となる。この状態から上
記弁体９を開放すべく上記ロッド１０を押し上げるに
は、閉鎖ばね１４の弾力に打ち勝つ以上に、十分に大き
な力を要する。言い換えれば、上記ロッド１０の押し上
げを開始する為に打ち勝たなければならない初期抗力が
大きい。

【００２１】一方、上記シリンダケース２９の直径を小
さくすると、シリンダ孔３０内に嵌装する外側ピストン
３１の直径Ｄ₃₁が小さくなり、この外側ピストン３１の
内側に嵌装する内側ピストン３７の直径Ｄ₃₇は更に小さ
くなる。そして、この様に内側ピストン３７の直径Ｄ₃₇
が小さくなると、この内側ピストン３７の受圧面積（＝
π・Ｄ₃₇ ² ／４）が小さくなる。この結果、上記内側ピ
ストン３７を上記外側ピストン３１に対して変位させる
べく、第二ポート４０から内側圧力室３９に圧縮空気を
送り込んだ場合でも、この内側ピストン３７が上記ロッ
ド１０を十分に強く押圧しない。この為、エンジンが高
速で回転している様な状態で、上記排気流路５内の圧力
が高く、上記吸気流路４の圧力が低い（負圧の絶対値が
大きい）場合に、上記弁体９を開放できない可能性があ
る。

【００２２】勿論、上記内側圧力室３９内に送り込む圧
縮空気の圧力を高くすれば、上記弁体９を開放できる
が、ＥＧＲ制御用のアクチュエータの場合、使用できる
圧縮空気の圧力は限られる為、現実的な解決方法とは言
えない。又、内側ピストン３７の大径化によりロッド１
０を押圧する力を増大させる方法の場合には、シリンダ
ケース２９の大径化によりアクチュエータの大型化並び
に重量の増大を招くだけでなく、作動時間を長くする原
因ともなる。即ち、上記各ピストン３１、３７の直径を
大きくすると、これら各ピストン３１、３７を所定長さ
だけ変位させる為に要する圧縮空気の量が増大し、その
分アクチュエータの作動時間が長くなる。本発明の多段
位置決めが可能なアクチュエータの運転方法は、この様
な相反する要求を何れも満足させるべく発明したもので
ある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の運転方法を実施
する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
スの一部に設けられ、上記シリンダ孔の一部で上記外側
ピストンの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。

【００２４】この様な多段位置決めが可能なアクチュエ
ータを運転する方法である本発明は、上記シリンダ孔に
対して上記外側シリンダを変位させずに、この外側シリ
ンダに対して上記内側シリンダを変位させる際に、上記
第一、第二両ポートに圧力流体を送り込む事で上記外側
シリンダを上記シリンダ孔に対して僅かに変位させた
後、上記第一ポートへの圧力流体の送り込みを停止し、
上記第二ポートへの圧力流体の供給を継続させる。

【００２５】

【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の運転方法によれば、直径の小さ
な内側ピストンのみを変位させる場合でも、この内側ピ
ストンを確実に変位させる事ができる。即ち、本来内側
ピストンを動かす為に必要な第二ポートに圧力流体を送
り込むだけでなく、外側ピストンを動かす為の第一ポー
トにも圧力流体を短時間だけ送り込む為、この外側ピス
トンがシリンダ孔に対して僅かだけ変位する。この外側
ピストンの受圧面積は内側ピストンの受圧面積に比べて
広い為、この外側ピストンは十分に大きな力で変位す
る。従って、変位を開始させる為に要する初期抗力が大
きくても、この初期抗力に打ち勝つ事で変位を開始でき
る。

【００２６】初期抗力に打ち勝って変位を開始した後
に、上記内側ピストンを外側ピストンに対して変位させ
る為に要する力は小さい。従って、外側ピストンを上記
シリンダ孔に対して僅かに変位させた後、上記第一ポー
トへの圧力流体の送り込みを停止し、上記第二ポートへ
の圧力流体の供給を継続させる事で、上記内側ピストン
のみを、上記外側ピストンに対して所定量だけ変位させ
る事ができる。上記第一ポートへの短時間の圧力流体供
給に伴う、上記シリンダ孔に対する外側ピストンの変位
は、上記第一ポートへの圧力流体の供給停止に伴って解
消される。

【００２７】

【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は本発明の方法により運転されるアクチュ
エータを備えた流量調整弁の一実施例を示している。勿
論、本発明の運転方法は、前述の図７に示した先発明の
アクチュエータに就いても実施できるが、以下の説明は
図１〜３に示した実施例に就いて行なう。アルミニウム
合金、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５）に、下流端である側方開
口は吸気流路４（図５）に、それぞれ通じさせて、再循
環流路６（図５〜６）に直列に接続する。

【００２８】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４
６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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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５
６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５）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１
０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。

【００３２】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３１
ａの下端面が、上記シリンダケース２９ａの底板部３３
ａの上面に、全面に亙って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３５
ａ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。

【００３３】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Ｌ_37a 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が
全面に亙って密接する事を防止し、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、
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３７
ａ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、３７
ａ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。

【００３４】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３
１ａ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。

【００３５】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Ｔ
₆₃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Ｌ_31a は、上記厚
さ寸法の差（Ｔ₆₄−Ｔ₆₃）分となる。

【００３６】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、４
０ａ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Ｌ_31a 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Ｌ_31a 分だけ離れる。

【００３７】次に、上記弁体９を上記流通孔８の開口縁
部からＬ_37a 分だけ離す場合には、本発明の運転方法を
実施すべく上記第一、第二両ポート３５ａ、４０ａに、
図４に示す様に圧縮空気を供給する。即ち、上記Ｌ_37a
だけ変位する内側ピストン３７ａを動かす為に必要な第
二ポート４０ａに圧縮空気を送り込むだけでなく、外側
ピストン３１ａを動かす為の第一ポート３５ａにも圧縮
空気を短時間だけ送り込む。この為、この外側ピストン
３１ａがシリンダ孔３０ａに対して僅かだけ変位する。
この外側ピストン３１ａの受圧面積は、本来上記弁体９
を上記流通孔８の開口縁部からＬ_37a 分だけ離す為に変
位させる必要のある内側ピストン３７ａの受圧面積に比
べて広い為、この外側ピストン３１ａは十分に大きな力
で変位する。従って、変位を開始させる為に要する初期
抗力が大きくても、この初期抗力に打ち勝つ事で変位を
開始できる。即ち、エンジンの回転数が高い等により、
上記弁体９の上面に加わる圧力（正圧）が高く、この弁
体９の下面に作用する圧力が低い（負圧の絶対値が高
い）為、この弁体９を流通孔８の開口端縁から離隔させ
る為に大きな力を要する場合でも、ロッド１０を確実に
押し上げる事ができる。

【００３８】初期抗力、即ち、上記弁体９の上下両面に
作用する圧力差により上記ロッド１０に加えられた下向
きの力に打ち勝って変位を開始した後に、上記内側ピス
トン３７ａを外側ピストン３１ａに対して変位させる為
に要する力は小さい。即ち、上記外側ピストン３１ａが
上記ロッド１０を押し上げる結果、上記弁体９が上記流
通孔８の開口端縁から少しでも離隔すると、排気流路５
（図５）を流れる排気が上記流通孔８に向けて上記弁体
９の下側に流れ込む。この結果、この弁体９の上面と下
面との間の圧力差がなくなるか、あっても僅少になる。
従ってこの状態では、上記ロッド１０を押し上げるに
は、前記閉鎖ばね１４の弾力に打ち勝つだけの力を、上
記ロッド１０の下端面に加えれば良い。

【００３９】そこで、上記第一ポート３５ａに短時間だ
け圧縮空気を送り込み、上記外側ピストン３１ａを上記
シリンダ孔３０ａに対して僅かに変位させた後、上記第
一ポート３５ａへの圧縮空気の送り込みを停止すると共
にこの第一ポート３５ａを大気に連通させ、上記第二ポ
ート４０ａへの圧縮空気の供給を継続させる事で、上記
内側ピストン３７ａのみを、上記外側ピストン３１ａに
対して、前記Ｌ_37a 分だけ変位させる事ができる。上記
第一ポート３５ａへの短時間の圧縮空気供給に伴う、上
記シリンダ孔３０ａに対する上記外側ピストン３１ａの
変位は、上記第一ポート３５ａへの圧縮空気の供給停止
に伴って解消される。即ち、この第一ポート３５ａへの
圧縮空気の供給停止後も継続される、上記第二ポート４
０ａへの圧縮空気供給と上記閉鎖ばね１４により上記内
側ピストン３７ａに加えられる下向きの力とにより、上
記外側ピストン３１ａが下降する。そして、この外側ピ
ストン３１ａを構成する端板３２ａの下面を前記底板部
３３ａの上面に当接させた状態のまま、上記内側ピスト
ン３７ａがＬ_37a 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Ｌ_37a 分だけ離れる。

【００４０】又、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Ｌ_31a 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Ｌ_37a 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Ｌ_31a ＋Ｌ_37a 分だけ離れる。

【００４１】更に、図示の実施例の場合には、上記外側
ピストン３１ａの変位量Ｌ_31a 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
ロークの変化を無視できる程度に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２
９ａ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Ｌ_31a の変動を無視で
きる程度に小さくできる。これに対して、前記図７に示
した先発明の構造の場合には、軽量化を図るべく、容積
が嵩むシリンダケース２９をアルミニウム合金により造
り、強度の必要な外側ピストン３１を鉄製とした場合
に、温度変化によりこの外側ピストン３１のストローク
が無視できない程変化する。具体的には、温度上昇に伴
う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の熱膨張量よりも多くなる
為、温度が高くなる程上記ストロークが大きくなる。

【００４２】

【発明の効果】本発明の多段位置決めが可能なアクチュ
エータの運転方法は、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、次のの様な効果を得られる。外側ピストンに比べて小径で、受圧面積が小さくな
る内側ピストンのみを変位させる操作を、大きな初期抗
力に拘らず確実に行なえる。従って、上記内側ピストンを含むアクチュエータの
小径化が可能になり、アクチュエータの小型軽量化と作
動速度の向上とを図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法により運転されるアクチュエータ
を備えた流量調整弁の一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】本発明を実施する場合に於ける第一、第二ポー
トへの圧力流体の供給、停止状態を経時的に示す線図。

【図５】排気再循環装置の回路図。

【図６】従来の流量調整弁の断面図。

【図７】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凹部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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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
ンダケースの一部に設けられ、上記シリンダ孔の一部で
上記外側ピストンの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、上記内側ピストンの軸方向他
端面に、この内側ピストンを上記外側ピストンの端板に
向け押圧する弾力が付与されている多段位置決めが可能
なアクチュエータの運転方法であって、上記シリンダ孔
に対して上記外側シリンダを変位させずに、この外側シ
リンダに対して上記内側シリンダを変位させる際に、上
記第一、第二両ポートに圧力流体を送り込む事で上記外
側シリンダを上記シリンダ孔に対して僅かに変位させた
後、上記第一ポートへの圧力流体の送り込みを停止し、
上記第二ポートへの圧力流体の供給を継続させる多段位
置決めが可能なアクチュエータの運転方法。