JP2008025431A - 流体圧アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータの他に別途荷重低減手段を設けずにアクチュエータの小型化を図り、機能搭載性に優れたアクチュエータを提供する。
【解決手段】変位部材（５４）が流体によって移動されることにより駆動力を発生する流体圧アクチュエータであって、変位部材によって区画された第１圧力室（６１）及び第２圧力室（６２）を有し、第１圧力室と圧力源（１５）とを連通させる第１通路（６３）に設けられた第１開閉弁（６７）と、第２圧力室（６２）と圧力源を連通させる第２通路（６６）に設けられた第２開閉弁（６８）とを備え、第１圧力室の圧力が第２圧力室の圧力より高い場合に第１開閉弁が閉じ、第２圧力の圧力が第１圧力室の圧力より高い場合に第２開閉弁が閉じる。
【選択図】図６

Description

本発明はアクチュエータに関し、特に、外力として変動トルクが加わる流体圧アクチュエータに関する。

従来から、外力として変動トルクが加わるアクチュエータの負荷荷重を低減する機構が公知である。例えば、特許文献に開示された発明では、可変圧縮比機構において、電動アクチュエータにかかる変動トルクを低減する荷重低減手段として油圧保持器を設け、電動アクチュエータにかかる過剰トルクが電動アクチュエータの許容トルクを超える場合は、油圧保持器によって過剰トルクを受け止め、電動アクチュエータの小型化を図っている。
特開２００３−３２２０３６

しかし、電動アクチュエータと油圧保持器を併用することはサイズが増大するので、内燃機関等へ搭載する場合、機関搭載性に優れているとは言い難い。

そこで、本発明は、アクチュエータの他に別途荷重低減手段を設けずにアクチュエータの小型化を図り、機関搭載性に優れたアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明は、以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

圧力室（６０）と、圧力室に流体を供給する圧力源（１５）と、圧力室を第１圧力室（６１）と第２圧力室（６２）とに区画し、第１圧力室及び第２圧力室の圧力に応じて圧力室内を移動する変位部材（５４）と、圧力源と第１圧力室とを連通する第１通路（６３）と、圧力源と第２圧力室とを連通する第２通路（６６）と、第１通路及び第２通路の上流かつ圧力源の下流に設けられ、第１圧力室及び第２圧力室への流体供給を制御する切換弁（７３）と、切換弁下流の第１通路に設けられ、第１通路を開閉する第１開閉弁（６７）と、切換弁下流の第２通路に設けられ、第２通路を開閉する第２開閉弁（６８）とを備え、第１圧力室の圧力が第２圧力室の圧力より高い場合に第１開閉弁が閉じ、第２圧力室の圧力が第１圧力室の圧力より高い場合に第２開閉弁が閉じ、変位部材が流体によって移動されることにより駆動力を発生する流体圧アクチュエータ（８）。

本発明によれば、圧力室内の圧力に応じて開閉弁が開閉するので、流体圧アクチュエータに方向の異なる大小の変動トルクがかかる場合に、駆動したい方向と逆向きの荷重が流体圧アクチュエータにかかる場合は、流体圧アクチュエータは荷重を受け止める保持器として機能し、駆動したい方向と同じ方向に荷重がかかる場合は、流体アクチュエータは駆動を行うアクチュエータとして機能するので、流体圧アクチュエータの他に油圧保持器等の荷重低減手段を設ける必要がなく、小型で、機関搭載性に優れた流体圧アクチュエータを提供することができる。

さらに、流体圧アクチュエータにかかる荷重を、圧力源からの圧力によって受け止めるのではなく、圧力源から圧力室に流体を供給する通路に設けられた開閉弁を閉じることにより圧力室内に閉じ込められた流体によって荷重を受け止めるので、最大荷重に対抗するだけの大きな圧力源を有する必要がない。したがって、圧力室間の流体の漏れを低減でき、圧力源駆動エネルギ低減を実現できる。

（第１実施形態） 以下、図面に基づき本発明の第一実施形態について説明する。

図１は、本発明の第一実施形態におけるエンジンの可変圧縮比機構および可変動弁機構の構成図である。

１は直列４気筒エンジンの圧縮比を可変とする可変圧縮比機構である。２はピストン、３はクランクシャフトである。

クランクシャフト３は、複数のジャーナル３ａとクランクピン３ｂとを備えている。ジャーナル３ａは、シリンダブロック１３の主軸受に回転自在に支持されている。クランクピン３ｂは、ジャーナル３ａから所定量偏心しており、ここに第２リンクとなるロアーリンク５が回転自在に連結されている。

ロアーリンク５は、左右の２部材に分割可能に構成されているとともに、略中央の連結孔にクランクピン３ｂが嵌合している。

第１リンクとなるアッパーリンク６は、下端側が第１連結ピン１１によりロアーリンク５の一端に回動可能に連結され、上流側がピストンピン４によりピストン２に回動可能に連結されている。

ピストン２は、燃焼圧力を受け、シリンダブロック１３のシリンダ１４内を往復運動する。

第３リンクとなるコントロールリンク７は、上端側が第２連結ピン１２によりロアーリンク５の他端に回動可能に連結され、下端側がコントロールシャフト９を介して機関本体の一部となるシリンダブロック１３の下部に回動可能に連結されている。

図２は、コントロールシャフト９付近の構成を示す側面図である。なお、シャフトの貫通状態の理解を容易にするために断面にハッチングで付してある。

コントロールリンク７の下端側には図２に示すように偏心スリーブ軸受５０が設けられており、この偏心スリーブ軸受５０にコントロールシャフト９の偏心軸部１０が回転可能に挿入されている。

図１に示すように、コントロールシャフト９にはレバー５１が設けられ、レバー５１に形成されるスリット５１ａに摺動ピン５２が摺動可能に嵌合されている。摺動ピン５２には、ロッド５３の一端が連結され、ロッド５３の他端は油圧アクチュエータ８のアクチュエータピストン５４に連結されている。

油圧アクチュエータ８によってロッド５３が駆動されると、コントロールシャフト９が回転し、偏心軸部１０の中心位置、特に機関本体に対する相対位置が変化する。これにより、コントロールリンク７によるロアーリンク５の運動拘束条件が変化して、クランク角に対するピストン上死点位置を含めたピストン・ストローク特性が変化し、機関圧縮比が変更される。

本実施形態では、図３（イ）に示すようにコントロールシャフト９が方向Ａ１（時計まわり）に回転する方向、また、摺動ピン５２が設けられたロッド５３の先端が油圧アクチュエータ８から遠ざかる方向（Ａ２方向）が低圧縮比方向となるように設定している。

したがって、低圧縮比制御時は、図３（イ）に示すように、コントロールシャフト９がレバー５１と共にロッド５３によって時計まわりに回転され、これによってコントロールリンク７が偏心軸部１０により上方向へ上げられ、ロアーリンク５は反時計まわりに移動して第１連結ピン１１が下げられるので、ピストン２の上死点の位置が下降する。

一方、高圧縮比制御時は、図３（ロ）に示すように、コントロールシャフト９がレバー５１と共にロッド５３によって反時計まわりに回転され、これによってコントロールリンク７が偏心軸部１０により下方向に下げられ、ロアーリンク５は時計まわりに移動して第１連結ピン１１が上げられるので、ピストン２の上死点の位置が上昇する。

なお、図３（イ）、図３（ロ）は、低圧縮比状態と高圧縮比状態とを代表的に示しているが、これらの間で圧縮比を連続的に変化させることが可能である。

図１に示すように、油圧アクチュエータ８には、オイルポンプ１５からオイルが供給される。油圧アクチュエータ８に対するオイルの供給は、ソレノイドバルブ１７によって調整される。オイルポンプ１５は、制御バルブ１８を介して、後述する可変動弁機構２０にも油圧を供給する。

可変圧縮比機構１並びに可変動弁機構２０を制御するためにコントロールユニット（ＥＣＵ）１６が備えられ、ＥＣＵ１６は、各種センサから得られるエンジン回転数、エンジン負荷、吸入負圧、油圧などの値に基づき、オイルポンプ１５、ソレノイドバルブ１７、制御バルブ１８を制御する。

可変動弁機構２０は、吸気バルブリフト特性を連続的に変更可能な可変動弁機構として、制御軸２３の回転角度を変更することにより、吸気弁のバルブリフト量および作動角を連続的に変更可能な第１可変動弁機構２１と、吸気弁の作動角の中心位相を進角側および遅角側へ連続的に変更可能な第２可変動弁機構２２と、を有している。

ＥＣＵ１６からの指令により、制御バルブ１８を介してオイルポンプ１５から制御軸２３を駆動する第１アクチュエータ２４および第２可変動弁機構２２に内蔵される第２アクチュエータ（図示省略）へ油圧が供給され、吸気バルブリフト特性が制御される。

図１，４，５を参照して第１可変動弁機構２１の構成を説明する。

第１可変動弁機構２１は、制御軸２３および駆動軸２５がそれぞれ軸受ブラケット２６を介してシリンダヘッド２７に回転可能に支持されている（図４，５参照）。

駆動軸２５には吸気弁を駆動する揺動カム２８が各気筒毎に２つ回転可能に外嵌されており、各揺動カム２８と吸気弁のバルブステム２９の間には、シム等によりバルブクリアランスを調整するソリッド型のバルブリフタ３０が介装されている。

揺動カム２８は、図１および図３に示すように、各気筒の一対のバルブリフタ３０に当接する一対のカム本体２８ａを、軸受ブラケット２６により回転可能に支持される円筒状のジャーナル部２８ｂで一体的に接続した構造となっている。

駆動軸２５には円柱状の偏心軸部３１が固定又は一体形成され、各偏心軸部３１の軸心Ｘは駆動軸２５の回転中心Ｙに対して偏心している。

偏心軸部３１の外周には、リング状の第１リンク３２が回転可能に外嵌している。つまり、第１リンク３２は偏心軸部３１の軸心Ｙまわりに回転可能に支持されている。
制御軸２３には、円柱状の制御偏心軸部３３が各気筒毎に固定又は一体形成されており、制御偏心軸部３３の軸心Ｐ１は制御軸２３の回転中心Ｐ２に対して偏心している。

制御偏心軸部３３の外周には、ロッカーアーム３４の中央部が回転可能に外嵌している。つまり、ロッカーアーム３４は制御偏心軸部３３の軸心Ｐ１まわりに回転可能に支持されている。

ロッカーアーム３４の一端は第１連結ピン３５を介して第１リンク３２の先端に回転可能に連結されており、ロッカーアーム３４の他端は棒状の第２リンク３６の一端に第２連結ピン３７を介して回転可能に連結されている。第２リンク３６の他端は、第３連結ピン３８を介して揺動カム２８の先端に連結されている。

クランクシャフトの回転に連動して駆動軸２５が回転すると、第１リンク３２の回転中心となる偏心軸部３１の軸心Ｘが駆動軸２５の回転中心Ｙに対して旋回し、この第１リンク３２，ロッカーアーム３４及び第２リンク３６を介して揺動カム２８が所定の角度範囲内で揺動する。

この揺動する揺動カム２８のカム面３９がバルブリフタ３０に当接してこれを押圧することにより、このバルブリフタ３０を介して吸気弁のバルブステム２９が押し下されて、吸気弁が開閉作動する。

また、第１アクチュエータ２４を介して機関運転状態に応じて制御軸２３を回動制御すると、ロッカーアーム３４の揺動中心となる制御偏心軸部３３の軸心Ｐ１が制御軸２３の回転中心Ｐ２に対して旋回し、ロッカーアーム３４及びリンク３２，３６の姿勢が変化する。これにより、揺動カム２８の揺動特性が変化して、吸気バルブリフト特性が変化する。

具体的には、クランクシャフト３の回転位相に対する吸気弁の作動角の位相が略一定のままで、吸気弁の作動角及びバルブリフト量が連続的に変化する。

第２可変動弁機構２２は、クランクシャフト３と連動して回転するプーリまたはスプロケット４０に対する駆動軸２５の位相を前記図示しない第２アクチュエータを介して相対的に変化させることにより、吸気弁の作動角の位相を連続的に変更可能なもので、ヘリカルスプライン式やベーン式等が公知であり、その詳細な説明は省略する。

以上のような第１可変動弁機構２１および第２可変動弁機構２２を備えることによって、バルブリフト量、作動角、作動角位相を連続的に変更可能であり、運転状態に最適なバルブリフト特性を実現することができる。

続いて、本発明の第一実施形態における油圧アクチュエータ８の構成図である図６に基づいてその構成と動作を説明する。

油圧アクチュエータ８は円筒状のシリンダ６０を有し、シリンダ６０の内部はアクチュエータピストン５４によって第１油圧室６１と第２油圧室６２に区画されている。アクチュエータピストン５４はシリンダ６０の軸方向に往復運動が可能であり、アクチュエータピストン５４は第１油圧室及び第２油圧室６２の圧力の変化に応じて変位する。

アクチュエータピストン５４にはロッド５３が連結され、ロッド５３のもう一端には摺動ピン５２が設けられている。摺動ピン５２はコントロールシャフト９に設けられたレバー５１のスリット５１ａに摺動可能に連結されている。したがって、アクチュエータピストン５４の変位を変えるとコントロールシャフト９が回転し、機関圧縮比を変更することができる。

油圧アクチュエータ８に供給する油圧を制御するためにソレノイド１７で駆動される油圧切換弁６５が設けられる。この油圧切換弁６５に対して、油圧アクチュエータ８の第１油圧室６１が第１通路６３によって接続され、また、第２油圧室６２が第２通路６６によって接続される。

第１通路６３の途中には第１開閉弁６７が、同じく第２通路６６には第２開閉弁６８がそれぞれ設けられている。第１開閉弁６７及び第２開閉弁６８はパイロット型操作弁として構成されている。

第１開閉弁６７の一端は第１開閉弁６７が閉じる方向に第１スプリング６９によって付勢されており、他端は第１パイロット通路７１によって第２油圧室６２と連通されている。すなわち、第１開閉弁６７は第１パイロット通路７１に導かれる第２油圧室６２の油圧をパイロット圧として作動する。

第１パイロット通路７１（または第２油圧室６２）の油圧が所定値以上の場合は、第１スプリング６９の付勢力よりも油圧力が大きくなり、第１開閉弁６７は開弁し、第１パイロット通路７１（または第２油圧室６２）の油圧が所定値未満の場合は、油圧力よりも第１スプリング６９の付勢力が大きいので、第１開閉弁６７は閉弁し、第１油圧室６１側から油圧切換弁６５側への油の流通を阻止するチェック弁として機能する。

同様に、第２開閉弁６８の一端は第２開閉弁６８が閉じる方向に第２スプリング７０によって付勢されており、他端は第２パイロット通路７２によって第１油圧室６１と連通されている。すなわち、第２開閉弁６８は第２パイロット通路７２に導かれる第１油圧室６１の油圧をパイロット圧として作動する。

第２パイロット通路７２（または第１油圧室６１）の油圧が所定値以上の場合は、第２スプリング７０の付勢力よりも油圧力が大きくなり、第２開閉弁６８は開弁し、第２パイロット通路７２（または第１油圧室６１）の油圧が所定値未満の場合は、油圧力よりも第２スプリング７０の付勢力が大きいので、第２開閉弁６８は閉弁し、第２油圧室６２側から油圧切換弁６５側への油の流通を阻止するチェック弁として機能する。

油圧切換弁６５は、ソレノイド１７で駆動され摺動可能なスプール弁７３が備えられている。ソレノイド１７はＥＣＵ１６によって通電制御される。スプール弁７３の一端はソレノイド１７のプランジャ１７ａによって押され、他端はスプリング７４によって付勢されている。すなわち、スプール弁７３の位置は、ソレノイド１７の通電により駆動されるプランジャ１７ａの位置によって決まる。

油圧切換弁６５は前記第１通路６３と接続するポートＡ、また、第２通路６６と接続するポートＢを備える。さらに、図示しないオイルパンに接続する排出ポートＣ及びＤが設けられる。

スプール弁７３はソレノイド１７によって３位置に制御される。３位置は、スプール弁７３がポートＡ及びポートＢを共に塞ぐ中立位置と、スプール弁７３がポートＡ側に寄せられるＡ位置と、スプール弁７３がポートＢ側に寄せられるＢ位置である。Ａ位置ではポートＡがオイルポンプ１５と接続するポンプポート６４と連通し、同時にポートＢが排出ポートＤと連通する。Ｂ位置では、ポートＢがポンプポート６４と連通し、ポートＡが排出ポートＣと連通する。すなわち、スプール弁７３は三方切換弁として機能し、オイルポンプ１５から供給される油を第１油圧室６１と第２油圧室６２のどちらに供給するか、あるいは、どちらにも供給しないかを振り分けている。以下、各位置における油の流れについて説明する。

スプール弁７３が中立位置にある場合は、スプール弁７３がポートＡ及びポートＢを共に塞ぐので、オイルポンプ１５からの油はスプール弁７３でせき止められ、シリンダ６０には油の供給は行われない。また、シリンダ６０からの油の排出も行われない。

スプール弁７３がＡ位置にある場合は、スプール弁７３がポートＡ側に寄せられており、このとき、ポンプポート６４とポートＡとが連通される。したがって、オイルポンプ１５から供給される油は、ポンプポート６４からポートＡを抜けて第１通路６３を通り、第１開閉弁６７に達する。ここで、第１開閉弁６７が開いている場合は、第１油圧室６１に油が供給され、第１開閉弁６７が閉じている場合は、第１油圧室６１内の油の供給・排出は行われない。

さらに、スプール弁７３がＡ位置にある場合は、排出ポートＤとポートＢとが連通される。前述したように、第１開閉弁６７が開いている場合は、オイルポンプ１５から第１油圧室６１に油が供給されるので、第１油圧室６１の油圧によってアクチュエータピストン５４が第２油圧室６２側に押される。したがって、第２油圧室６２内の油は第２通路６６へと押し出され、第２開閉弁６８に達する。ここで、第２開閉弁６８が開いている場合は、第２油圧室６２から押し出された油は第２通路６６を通って、ポートＢを抜け、排出ポートＤからオイルパン（図示せず）へと排出される。第２開閉弁６８が閉じている場合は、第２油圧室内６２内の油の供給・排出は行われない。

次に、スプール弁７３がＢ位置にある場合は、スプール弁７３がポートＢ側に寄せられており、このとき、ポンプポート６４とポートＢとが連通される。したがって、オイルポンプ１５から供給される油は、ポンプポート６４からポートＢを抜けて第２通路６６を通り、第２開閉弁６８に達する。ここで、第２開閉弁６８が開いている場合は、第２油圧室６２に油が供給され、第２開閉弁６８が閉じている場合は、第２油圧室６２内の油の供給・排出は行われない。

さらに、スプール弁７３がＢ位置にある場合は、排出ポートＣとポートＡとが連通される。前述したように、第２開閉弁６８が開いている場合は、オイルポンプ１５から第２油圧室６２に油が供給されるので、第２油圧室６２の油圧によってアクチュエータピストン５４が第１油圧室６１側に押される。したがって、第１油圧室６１内の油は第１通路６３へと押し出され、第１開閉弁６７に達する。ここで、第１開閉弁６７が開いている場合は、第１油圧室６１から押し出された油は第１通路６３を通って、ポートＡを抜け、排出ポートＣからオイルパン（図示せず）へと排出される。第１開閉弁６７が閉じている場合は、第１油圧室内６１内の油の供給・排出は行われない。

次に、図７に基づいて、油圧アクチュエータ８によるコントロールシャフト９の制御について説明する。

コントロールシャフト９には、筒内圧とリンク慣性力が合成された荷重が作用し、コントロールシャフト偏心量と合わさったトルク（以下、「コントロールシャフトトルク」と称す）がかかる。コントロールシャフトトルクは、図７に示すように、大小のトルクが周期的に現れる変動トルクであり、ピストンに筒内圧が作用する方向、すなわち、圧縮比（ε）の低圧縮比方向にトルク大となる。本例は４気筒エンジンであるので、クランクシャフト３の一回転中（クランク角３６０度中）に筒内圧が２回作用し、最大トルクが低圧縮比方向に２回発生する。

したがって、コントロールシャフト９を高圧縮比方向に回転させる場合には、油圧アクチュエータ８がこのような低圧縮比方向の最大コントロールシャフトトルクに打ち勝ってレバー５１を駆動する必要があり、過大な受圧面（アクチュエータピストン５４の摺動方向に垂直な面及びシリンダ６０のアクチュエータピストン５４の摺動方向に垂直な面）や油圧が必要となり、油圧アクチュエータ８や油圧源（オイルポンプ１５）が大型化する。

本発明の趣旨は、過大な受圧面や油圧源を有さずとも、また、コントロールシャフトトルクを低減するための機構をアクチュエータとは別に備えずとも、コントロールシャフト９の駆動を可能にし、油圧アクチュエータ８の大型化を防ぐことにある。

以下、図７に基づいてコントロールシャフト９の制御について説明する。

図７下方は、コントロールシャフト９を高圧縮比方向へ回転させる場合のクランク角度に対するコントロールシャフトの回転角を示す。図７下方に示すように、コントロールシャフトを高圧縮比方向へ回転させる場合は、高圧縮比方向のコントロールシャフトトルクが発生しているときのみコントロールシャフトを回転させ、低圧縮比方向のコントロールシャフトトルクが発生しているときはコントロールシャフト９は回転させず、そのときの位置で保持する。

すなわち、油圧アクチュエータ８がコントロールシャフト９を高圧縮比方向に回転させるとき、同じ方向（高圧縮比方向）のコントロールシャフトトルクが発生する場合は、油圧アクチュエータ８はアクチュエータとして機能する。一方、コントロールシャフト９を逆回転させる方向（低圧縮比方向）のトルクの大きいコントロールシャフトトルクが発生する場合は、油圧アクチュエータ８は保持器として機能する。

一方、コントロールシャフト９を低圧縮比方向へ回転させる場合において低圧縮比方向のコントロールシャフトトルクが発生している場合は、油圧アクチュエータ８に作用する荷重の方向と、油圧アクチェータ８を作動させたい方向が一致するので、トルクの大きい低圧縮比方向のコントロールシャフトトルクを利用してアクチュエータピストン５４の摺動をアシストし、コントロールシャフト９を迅速に回転させることができる。一方、高圧縮比方向のコントロールシャフトトルクが発生している場合は、コントロールシャフト９は回転させず、そのときの位置で保持する。

すなわち、油圧アクチュエータ８がコントロールシャフト９を低圧縮比方向に回転させるとき、同じ方向（低圧縮比方向）のコントロールシャフトトルクが発生する場合は、油圧アクチュエータ８はアクチュエータとして機能する。一方、コントロールシャフト９を逆回転させる方向（高圧縮比方向）のコントロールシャフトトルクが発生する場合は、油圧アクチュエータ８は保持器として機能する。

前述したように、コントロールシャフトトルクは、高圧縮比方向（正のトルク）に作用する場合よりも、低圧縮比方向（負のトルク）に作用する場合の方がトルクの絶対値が大きい。したがって、上記のような制御を行う場合、油圧アクチュエータ８は、低圧縮比方向の最大コントロールシャフトトルクに対してコントロールシャフト９を保持できるだけの許容荷重を有していればよい。

次に、図８に基づいて、油圧アクチュエータ８を機関圧縮比の高圧縮比側へ作動させる場合について説明する。

油圧アクチュエータ８を高圧縮比側に圧縮比変更するとは、図３の（ロ）に示すように、アクチュエータピストン５４を第２油圧室６２側に摺動させることである。したがって、オイルポンプ１５からの圧油を第１油圧室６１に供給すべく、油圧切換弁６５のスプール弁７３をＡ位置（ポートＡ側）に寄せるよう、ＥＣＵ１６がソレノイド１７を制御する。

前述したように、コントロールシャフト９には機関の１回転につき２回の割合で異なる方向にトルクが変化し、コントロールシャフト９を高圧縮比方向に回転させるとき、回転させたい方向と同じ方向（高圧縮比方向）にコントロールシャフトトルクが発生している場合は、油圧アクチュエータ８はアクチュエータとして機能し、コントロールシャフト９を回転させる。一方、回転させたい方向と逆方向（低圧縮比方向）にコントロールシャフトトルクが発生している場合は、油圧アクチュエータ８は保持器として機能し、コントロールシャフト９をその位置で保持する。

図８（イ）は、機関圧縮比を高くするためにコントロールシャフト９を高圧縮比方向に回転させる場合において、回転させたい方向と同じ方向（高圧縮比方向）にコントロールシャフトトルクがかかる時の油圧アクチュエータ８の図である。

高圧縮比方向のコントロールシャフトトルクがかかると、ロッド５３及びアクチュエータピストン５４には、矢印Ｆ１で示す方向、すなわち摺動ピン５２が設けられたロッド５３の先端が油圧アクチュエータ８に近づく方向に荷重がかかる。

このとき、第１油圧室６１に比べて第２油圧室６２が高圧となり、第２油圧室６２と連通している第１パイロット通路７１を介して第１開閉弁６７にかかる油圧が所定値以上となって第１スプリング６９の付勢力に打ち勝ち、第１開閉弁６７が開かれる。第１開閉弁６７が開かれると、オイルポンプ１５から第１油圧室６１に油が供給され、アクチュエータピストン５４が第２油圧室側へと押される。

このため、第１油圧室６１の圧力が上昇し、第２パイロット通路７２を介して第２開閉弁６８にかかる油圧が第２スプリング７０の付勢力に打ち勝って、第２開閉弁６８が開かれ、これに伴い第２油圧室の油を排出しつつ、アクチュエータピストン５４が移動し、それとともにロッド５３も移動し、ひいてはレバー５１及びコントロールシャフト９が高圧縮比方向へと回転される。

図８（ロ）は、機関圧縮比を高くするためにコントロールシャフト９を高圧縮比方向に回転させる場合において、回転させたい方向と逆方向（低圧縮比方向）のコントロールシャフトトルクがかかるときの油圧アクチュエータ８の図である。低圧縮比方向の大きなコントロールシャフトトルクがかかると、ロッド５３及びアクチュエータピストン５４には、矢印Ｆ２で示す方向、すなわち摺動ピン５２が設けられたロッド５３の先端が油圧アクチュエータ８から遠ざかる方向に大きく荷重がかかる。したがって、アクチュエータピストン５４は第１油圧室６１側（低圧縮比方向）に移動させられようとするが、第２油圧室６２の圧力が所定値未満となり、第１スプリング６９の付勢力が第１パイロット通路７１を介して第１開閉弁６７にかかる油圧に打ち勝つので、第１開閉弁６７は閉じられた状態となる。

このため、ロッド５３を介してアクチュエータピストン５４を第１油圧室６１側へと引っ張る力に対して、第１油圧室６１が密閉されることから、高い圧縮反力が発生し、アクチュエータピストン５４をその位置に保持することができる。

上記した図８の（イ）、（ロ）の動作が油圧切換弁６５がＡ位置に切り換わっている間は繰り返され、この間アクチュエータピストン５４は高圧縮比側へと所定量だけストロークする。そして、所定の高圧縮比に達したら、ＥＣＵ１６により油圧切換弁６５を中立位置に戻す。圧縮比はその状態で保持される。

次に、図９に基づいて、油圧アクチュエータ８を低圧縮比側へ作動させる場合について説明する。

油圧アクチュエータ８を低圧縮比側に変更するとは、すなわち、アクチュエータピストン５４を第１油圧室６１側に移動させることである。したがって、オイルポンプ１５からの油を第２油圧室６２に供給すべく、スプール弁７３をＢ位置（ポートＢ側）に寄せられるよう、ＥＣＵ１６がソレノイド１７を制御する。

前述したように、コントロールシャフト９を低圧縮比方向に回転させるとき、回転させたい方向と同じ方向（低圧縮比方向）にコントロールシャフトトルクが発生している場合には、油圧アクチュエータ８はアクチュエータとして機能し、コントロールシャフト９を回転させる。さらに、低圧縮比方向のトルクは大きいので、このトルクを利用してアクチュエータピストン５４の摺動をアシストし、迅速にコントロールシャフト９を回転させることができる。一方、回転させたい方向と逆方向（高圧縮比方向）にコントロールシャフトトルクが発生している場合は、油圧アクチュエータ８は保持器として機能し、コントロールシャフト９は回転させず、その時の位置で保持する。

図９（イ）は、機関圧縮比を低くするためにコントロールシャフト９を低圧縮比方向に回転させる場合において、低圧縮比方向に大きいコントロールシャフトトルクがかかる時の油圧アクチュエータ８の図である。低圧縮比方向にコントロールシャフトトルクがかかると、ロッド５３及びアクチュエータピストン５４には、矢印Ｆ３で示す方向、すなわち摺動ピン５２が設けられたロッド５３の先端が油圧アクチュエータ８から遠ざかる方向に荷重がかかる。

このとき、アクチュエータピストン５４を動かしたい方向と、コントロールシャフトトルクがかかる方向が一致しているので、油圧アクチュエータ８は容易に機関圧縮比を低減させることができる。すなわち、第１油圧室６１の油圧が所定値以上となるので、第２パイロット通路７２を介して第２開閉弁６８にかかる油圧が第２スプリング７０の付勢力に打ち勝ち、第２開閉弁６８が開かれる。第２開閉弁６８が開かれると、オイルポンプ１５から第２油圧室６２に油が供給され、アクチュエータピストン５４が第１油圧室側へと押される。この第２油圧室６２の圧力の上昇により、第１開閉弁６７が開かれるため、第１油圧室６１の油を排出しつつアクチュエータピストン５４が移動し、それとともにロッド５３も移動し、ひいてはレバー５１及びコントロールシャフト９が高圧縮比方向へと回転される。

図９（ロ）は、機関圧縮比を低くするためにコントロールシャフト９を低圧縮比方向に回転させる場合において、高圧縮比方向の小さいコントロールシャフトトルクがかかるときの油圧アクチュエータ８の図である。高圧縮比方向のコントロールシャフトトルクがかかると、ロッド５３及びアクチュエータピストン５４には、矢印Ｆ４で示す方向、すなわち摺動ピン５２が設けられたロッド５３の先端が油圧アクチュエータ８に近づく方向に荷重がかかる。

このとき、アクチュエータピストン５４は第２油圧室６２側（高圧縮比方向）に押し戻されようとするが、第１油圧室６１の油圧が所定値未満となるので、第２スプリングの付勢力が第２パイロット通路７２を介して第２開閉弁６８にかかる油圧に打ち勝ち、第２開閉弁６８は閉じられたままとなる。

このため、第２油圧室６２密閉され、その圧縮反力によりアクチュエータピストン５４を荷重Ｆ４に対向してその位置で保持する。以後、油圧切換弁６５がＢ位置に切り換わっている間は、図９の（イ）、（ロ）の動作が繰り返され、アクチュエータピストン５４は所定の圧縮比となる位置までストロークする。

なお、圧縮比を変更せずに維持する場合は、コントロールシャフト９をその位置で保持するべく、スプール弁７３が中立位置になるよう、ＥＣＵ１６がソレノイド１７を制御する。このとき、油圧アクチュエータ８は、保持器として機能する。

本実施形態によれば、第１通路に第１開閉弁を、第２通路に第２開閉弁を設け、第１油圧室の圧力が第２油圧室の圧力より高い場合に第１開閉弁を閉じ、第１油圧室の圧力が第２油圧室の圧力より高い場合に第２開閉弁を閉じるので、油圧アクチュエータ８に油圧源の油圧より大きい荷重がアクチュエータにかかった場合にも、開閉弁を閉じることにより油圧室内に閉じ込められた油によって荷重を受け止めることができる。また、開かれた開閉弁を有する通路には油が通り、該通路と連通された圧力室に油が供給されるので、アクチュエータピストン５４が摺動され、駆動力を発生する。したがって、油圧アクチュエータ８はアクチュエータと保持器の両方の機能を有し、アクチュエータへの荷重低減のために他に保持器を備える必要がなく、機関搭載性に優れている。

また、特に、本実施形態では、複リンク式可変圧縮比機構１のコントロールシャフト９の駆動に本願発明の油圧アクチュエータ８を適用したので、コントロールシャフト９にかかる低圧縮比方向
の油圧源の油圧よりも大きいトルクを油圧アクチュエータ８が受け止めることができ、これにより、コントロールシャフト９を回転させたい方向とコントロールシャフトトルクの方向が一致している場合のみコントロールシャフト９を回転させ、回転させたい方向とは逆方向のコントロールシャフトトルクがかかる場合はコントロールシャフトを保持し、逆回転を防ぐことができるので、油圧アクチュエータ８に要求する出力を小さく抑えることができ、したがって、油圧アクチュエータ８の小型化及び油圧源（オイルポンプ１５）の低圧化が実現される。

さらには、油圧アクチュエータ８の小型化及び油圧源の低圧化が実現されることによって、第１油圧室６１と油圧室６２間の油漏れを低減することができ、油圧源駆動エネルギ低減による燃費悪化を防止できる。

加えて、第１油圧室６１と第２開閉弁６８とを第１パイロット通路７１によって連通させ、第２油圧室６２と第１開閉弁６７と第２パイロット通路７２によって連通させ、第１開閉弁６７及び第２開閉弁６８を油圧室の油圧により駆動される構成としたので、簡素な構成でアクチュエータの小型化及び油圧源駆動エネルギ低減化が実現できる。

また、油圧源を低圧化することができるので、油圧アクチュエータ８と可変動弁機構２０の駆動用油圧源を共通化することができ、複数の油圧源が必要ないので、簡素なシステムを実現できる。

さらに、油圧アクチュエータ８が低油圧で駆動できるので、油圧アクチュエータ８と可変動弁機構２０とでエンジンのオイルポンプを共有で使用した場合に、アイドリング時などのエンジン回転数が低く、油圧が低い場合においても、可変動機構２０の応答性を良好に保てる。
（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について図１０に基づいて説明する。

本実施形態は、アクチュエータピストン５４の構成が前記第１の実施形態と相違している。図１０は、第２実施形態における油圧アクチュエータ８の構成図である。

８０はピストンスプリングであり、アクチュエータピストン５４を高圧縮比方向に付勢するよう第１圧力室６１に設けられている。

前述したように、油圧アクチュエータ８にかかるコントロールシャフトトルクは図７に示すような変動トルクであり、低圧縮比方向に大きい。したがって、本実施形態によれば、アクチュエータピストン５４を高圧縮比方向に付勢するようにピストンスプリング８０を設けたので、低圧縮比方向に大となるコントロールシャフトトルクをピストンスプリング８０の付勢力で低減することができ、より低圧力源でコントロールシャフト９を駆動することができる。
（第３実施形態）
以下、本発明の第３実施形態について図１１に基づいて説明する。

本実施形態は、第１開閉弁６７及び第２開閉弁６８が前記実施形態と相違している。図１１は、第３実施形態における油圧アクチュエータ８の構成図である。

８１は第１カム、８２は第２カムである。第１開閉弁６７は第１カム８１によって、また、第２開閉弁６８は第２カム８２によって駆動される。第１開閉弁６７の一端には第１スプリング６９が、第２開閉弁６８の一端には第２スプリング７０がそれぞれ弁を開く方向に付勢するように設けられている。第１カム８１には第１カム山８１ａが、第２カム８２には第２カム山８２ａが、それぞれ２つずつ設けられており、第１開閉弁６７を第１カム山８１ａが、第２開閉弁６８を第２カム山８２ａが押すことにより、それぞれ弁が閉じる構成となっている。第１カム８１及び第２カム８２のベースサークルにあるときは、すなわち第１カム山８１ａ、第２カム山８２ａが第１開閉弁６７、第２開閉弁６８からずれた位置にあるときは、第１、第２開閉弁６７，６８はスプリングの付勢力により開いた位置に保持される。

第１カム８１及び第２カム８２はクランクと同期して動かされる。前述したように、コントロールシャフト９にかかるトルクは、図７に示した、大小の正負のトルクが周期的に現れる変動トルクであり、ピストンに筒内圧が作用する方向、すなわち、低圧縮比方向に大トルクとなる。本実施形態は、４気筒エンジンであるので、クランク一回転中（クランク角３６０度中）で筒内圧が２回作用し、最大トルクが２回発生する。また、高圧縮比方向の最大トルクも、クランク一回転中（クランク角３６０度中）に２回発生する。

そこで、第１カム８１及び第２カム８２には、カム山を２つずつ設け、高圧縮比方向及び低圧縮比方向の各側のコントロールシャフトトルクが、オイルポンプ１５による油圧で発生するトルクよりも大きい期間は、開閉弁６７，６８が閉まるようにしている。すなわち、高圧縮比方向の所定値以上のトルクが発生するクランク角度期間では第２カム山８２が第２開閉弁６８を閉じ、低圧縮比方向の所定値以上のトルクが発生するクランク角度期間では第１カム山８１ａが第１開閉弁６７を閉じる。

本実施形態によれば、第１開閉弁６７及び第２開閉弁６８を、油圧ではなく、クランクと同期しているカムで機械的に駆動するので、油通路（配管）の長さ、曲がり、剛性などを考慮せずとも、高回転における応答性がよくなる。したがって、コントロールシャフトトルクの変動に対する第１開閉弁６７及び第２開閉弁６８の応答性がよくなり、相対的に高圧側となる圧力室からの油の漏れを確実に防ぐことができるようになるので、エネルギ低減による燃費悪化防止を防ぐことができる。
（第４実施形態）
以下、本発明の第４実施形態について図１２に基づいて説明する。

本実施形態は、第１開閉弁及び第２開閉弁が前記実施形態と相違している。図１２は、第４実施形態における油圧アクチュエータ８の構成図である。

８５は第１モータ、８６は第２モータである。第１開閉弁６７及び第２開閉弁６８はロータリバルブであり、第１開閉弁６７は第１モータ８５に、第２開閉弁６８は第２モータ８６にそれぞれ駆動される。第１モータ８５及び第２モータ８６は、クランク回転と電気的同期で制御されている。

前記各実施形態においては、高圧縮比方向のコントロールシャフトトルクが発生する場合には第２開閉弁６８を閉じ、低圧縮比方向のコントロールシャフトトルクが発生する場合には第１開閉弁６７を閉じるよう開閉弁を制御していたが、本実施形態においては、コントロールシャフトトルクのかかる方向だけでなく、機関圧縮比を高圧縮比方向と低圧縮比方向のどちらに変更させるかに応じて開閉弁６７、６８の制御を行う。

すなわち、機関圧縮比を低圧縮比側に変更するときのように、コントロールシャフトトルクが回転させたい方向と同じ低圧縮比方向にかかる場合は、アクチュエータピストン５４を動かしたい方向とコントロールシャフトトルクがかかる方向が一致しているので、第１開閉弁６７及び第２開閉弁６８の両方を開き、コントロールシャフトトルクによるアシストが効率的に行われるようにする。

コントロールシャフト９を低圧縮比方向に回転する場合において、コントロールシャフトトルクが回転させたい方向と同じ低圧縮比方向にかかっているとき、第１開閉弁６７及び第２開閉弁６８の両方が開かれていると、油圧源から第２油圧室６２に供給される油圧とコントロールシャフトトルクによって第１油圧室６１側へ摺動されようとするアクチュエータピストン５４の動きを、第１油圧室６１内の油圧が妨げることがないので、機関圧縮比の低圧縮比側への変更が迅速に行われる。

一方、コントロールシャフト９を高圧縮比方向に回転する場合においても、コントロールシャフトトルクが回転させたい方向と同じ高圧縮比方向にかかる場合は、第１開閉弁６７及び第２開閉弁６８の両方を開き、コントロールシャフトトルクによるアシストが効率的に行われるようにすることができる。

なお、機関圧縮比を低圧縮比方向に変更する場合は、コントロールシャフトトルクが回転させたい方向と同じ低圧縮比方向にかかるときのみならず、逆回転の高圧縮比方向にかかる場合にも第１開閉弁６７及び第２開閉弁６８を開弁させていてもよい。これは、図７に示すように、低圧縮比方向のコントロールシャフトトルクに比べて、高圧縮比方向のコントロールシャフトトルクが小さいからである。

一方、機関圧縮比を高圧縮比方向に変更する場合は、低圧縮比方向にコントロールシャフトトルクがかかるときに第１開閉弁６７及び第２開閉弁６８を両方開いておくと、低圧縮比方向の大きいコントロールシャフトトルクによってコントロールシャフト９が低圧縮方向に回転させられてしまうので、コントロールシャフトトルクが回転させたい方向と同じ高圧縮比方向にかかるときにのみ第１開閉弁６７及び第２開閉弁６８を開くよう限定しておく。

本実施形態によれば、機関圧縮比を変更させたい方向と同じ方向にコントロールシャフトトルクがかかる場合は、第１開閉弁６７及び第２開閉弁６８の両方を開くので、高応答な圧縮比の可変が可能となる。特に、機関圧縮比を低圧縮比方向に変更させたい場合は、低圧縮比方向の大きいコントロールシャフトトルクにより迅速に圧縮比を変更することができるので、ノッキング対策として迅速に圧縮比を低減させたい場合等に有効である。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

例えば、上記実施形態では、本願発明の流体圧アクチュエータを駆動する流体として油を使用したが、他の非圧縮性流体を使用してもよい。また、上記実施形態では、本願発明の流体圧アクチュエータを可変圧縮比機構のコントロールシャフトを駆動するのに適用したが、圧縮機などの変動トルクがかかる他の機構にも適用可能である。

第１実施形態における可変圧縮比機構及び可変動弁機構の構成図である。 第１実施形態における可変圧縮比機構のコントロールシャフト付近の側面図である。 第１実施形態における可変圧縮比機構の状態図である。 第１実施形態における可変動弁機構の構成図である。 第１実施形態における可変動弁機構の側面図である。 第１実施形態における油圧アクチュエータの構成図である。 コントロールシャフトトルク及びコントロールシャフト回転角を示すグラフである。 第１実施形態における油圧アクチュエータの高圧縮比方向への可変特性を示す状態図である。 第１実施形態における油圧アクチュエータの低圧縮比方向への可変特性を示す状態図である。 第２実施形態における油圧アクチュエータの構成図である。 第３実施形態における油圧アクチュエータの構成図である。 第４実施形態における油圧アクチュエータの構成図である。

符号の説明

１ 可変圧縮比機構
２ ピストン
３ クランクシャフト
３ａ クランクジャーナル
３ｂ クランクピン
４ ピストンピン
５ ロアーリンク
６ アッパーリンク
７ コントロールリンク
８ 油圧アクチュエータ
９ コントロールシャフト
１０ 偏心軸部
１１ 第１連結ピン
１２ 第２連結ピン
１３ シリンダブロック
１４ シリンダ
１５ オイルポンプ
１６ ＥＣＵ
１７ ソレノイド
１８ 制御バルブ
２０ 可変動弁機構
２１ 第１可変動弁機構
２２ 第２可変動弁機構
２３ 制御軸
２４ 第１アクチュエータ
２５ 駆動軸
２６ 軸受ブラケット
２７ シリンダヘッド
２８ 揺動カム
２８ａ カム本体
２８ｂ ジャーナル部
２９ バルブステム
３０ バルブリフタ
３１ 偏心軸部
３２ 第１リンク
３３ 制御偏心軸部
３４ ロッカーアーム
３５ 第１連結ピン
３６ 第２リンク
３７ 第２連結ピン
３８ 第３連結ピン
３９ カム面
４０ スプロケット
５０ 偏心スリーブ軸受
５１ レバー
５１ａ スリット
５２ 摺動ピン
５３ ロッド
５４ アクチュエータピストン
６０ シリンダ
６１ 第１油圧室
６２ 第２油圧室
６３ 第１通路
６４ ポンプポート
６５ 油圧切換弁
６６ 第２通路
６７ 第１開閉弁
６８ 第２開閉弁
６９ 第１スプリング
７０ 第２スプリング
７１ 第１パイロット通路
７２ 第２パイロット通路
７３ スプール弁
７４ スプリング
８０ ピストンスプリング
８１ 第１カム
８２ 第２カム
８５ 第１モータ
８６ 第２モータ

Claims (10)

1. 圧力室と、
   前記圧力室に流体を供給する圧力源と、
   前記圧力室を第１圧力室と第２圧力室とに区画し、前記第１圧力室及び前記第２圧力室の圧力に応じて前記圧力室内を移動する変位部材と、
   前記圧力源と前記第１圧力室とを連通する第１通路と、
   前記圧力源と前記第２圧力室とを連通する第２通路と、
   前記第１通路及び前記第２通路の上流かつ前記圧力源の下流に設けられ、前記第１圧力室及び前記第２圧力室への流体供給を制御する切換弁と、
   前記切換弁下流の第１通路に設けられ、前記第１通路を開閉する第１開閉弁と、
   前記切換弁下流の第２通路に設けられ、前記第２通路を開閉する第２開閉弁と、
   を備え、
   前記第１圧力室の圧力が前記第２圧力室の圧力より高い場合に前記第１開閉弁が閉じ、
   前記第２圧力室の圧力が前記第１圧力室の圧力より高い場合に前記第２開閉弁が閉じ、
   前記変位部材が前記流体によって移動されることにより駆動力を発生する
   流体圧アクチュエータ。
2. さらに、シリンダ内を往復動するピストンと、
   前記ピストンに第１連結ピンを介して連結される第１リンクと、
   クランクシャフトのクランクピンに回転自由に装着されるとともに、前記第１リンクに第２連結ピンを介して連結される第２リンクと、
   前記第２リンクに第３連結ピンを介して連結される第３リンクと、
   シリンダブロックに回転自由に支持され、回転軸に対して偏心した偏心軸部を有し、その偏心軸部に前記第３リンクを脱着可能に連結し、機関運転状態に応じて回転して前記第３リンクの位置を調整することで機関圧縮比を可変制御するコントロールシャフトとからなる内燃機関の可変圧縮比機構を備え、
   前記変位部材より前記コントロールシャフトを回転駆動するように構成した請求項１に記載の流体圧アクチュエータ。
3. 前記第１開閉弁が前記第２圧力室の圧力が所定値以上の場合に開き、
   前記第２開閉弁が前記第１圧力室の圧力が所定値以上の場合に開く請求項１または請求項２に記載の流体圧アクチュエータ。
4. さらに、前記第１開閉弁と前記第２圧力室とを連通する第１小通路と、
   前記第２開閉弁と前記第１圧力室とを連通する第２小通路とを備え、
   前記第１開閉弁の一端が弾性体によって付勢され、他端が第１小通路を介した第２油圧室の圧力によって付勢され、
   前記第２開閉弁の一端が弾性体によって付勢され、他端が第２小通路を介した第１油圧室の圧力によって付勢される請求項３に記載の流体圧アクチュエータ。
5. 前記第１開閉弁及び第２開閉弁が、前記クランクシャフトと同期する回転体に駆動されて開閉する請求項２に記載の流体圧アクチュエータ。
6. 前記第１開閉弁及び第２開閉弁が、前記クランクシャフトと電気的に同期する電動モータで駆動され開閉する請求項２に記載の流体圧アクチュエータ。
7. 前記コントロールシャフトを回転させる方向と前記コントロールシャフトにかかるトルクの方向が同じ場合は、前記第１開閉弁及び第２開閉弁が共に開いている請求項６に記載の流体圧アクチュエータ。
8. 前記圧力源の圧力が、前記コントロールシャフトから前記変位部材にかかる最大圧力より小さい請求項２ないし請求項７のいずれかに記載の流体圧アクチュエータ。
9. さらに、吸気弁または/および排気弁の作動角と作動角の中心角少なくとも一方を可変とする油圧式可変動弁機構を備え、
   前記圧力源が前記可変動弁機構の駆動用油圧源である請求項２に記載の流体圧アクチュエータ。
10. 前記圧力源の圧力が、前記コントロールシャフトから前記変位部材にかかる最大圧力より小さく、前記可変動弁機構を駆動するのに必要な圧力よりは大きい請求項９に記載の流体圧アクチュエータ。