JP2008075694A - ベーン式油圧アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 ロータの円滑な作動等を実現したベーン式油圧アクチュエータとを提供する。
【解決手段】 第１油圧室１１側の油圧Ｐ１が第２油圧室１２側の油圧Ｐ２に対して大きくなり、その状態でベーン３微少に傾くと、ベーン３の左右端面３ａ，３ｂと左右サイドプレート８，９との間に楔状空間３１，３２がそれぞれ生じ、第１油圧室１１から右側の楔状空間３２に高圧の作動油が流入する。すると、高圧となった右側の楔状空間３２の作動油が油導入溝２１，２２と連絡溝２３とを介して左側の楔状空間３１に流入する。その結果、左右の楔状空間３１，３２の間の圧力差が小さくなり、ベーン３の左端面３ａを左サイドプレート８に押し付ける力がごく弱いものとなる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ストローク特性可変エンジンの可変機構等に用いられるベーン式油圧アクチュエータに係り、詳しくは、ロータの円滑な作動等を実現する技術に関する。

ピストンとクランクシャフトとの間を複数のリンクで連結し、これら複数のリンクのいずれか一つとエンジン本体に支持されたエキセントリックシャフトとを連結するコントロールリンクを有し、エキセントリックシャフトを回動させることでピストンストロークを変化させるようにしたストローク特性可変エンジンが公知となっている（特許文献１参照）。この種のエンジンでは、可変機構（エキセントリックシャフト）の駆動用アクチュエータとして、小型でありながら出力トルクの大きなベーン式油圧アクチュエータが採用されている。ベーン式油圧アクチュエータは、その外周に２枚〜４枚程度のベーンが突設されたロータと、ロータを所定の角度範囲で回動自在に保持するハウジングと、ベーンの一方の受圧面が臨む第１油圧室と、ベーンの他方の受圧面が臨む第２油圧室とを備えており、第１および第２油圧室に対して作動油が適宜給排されることでロータが回転する。
特開２００５−８３２０３号公報

上述したベーン式油圧アクチュエータは、ストローク特性可変エンジンの可変機構に用いられた場合、以下のような問題を有していた。ベーン式油圧アクチュエータでは、図１３に示すように、第１油圧室１１側の油圧Ｐ１と第２油圧室１２側の油圧Ｐ２との圧力差によってベーン３（すなわち、ロータ）が回転するが、ストローク特性可変エンジンではエキセントリックシャフトに大きな回転力（各気筒における燃焼圧力）が作用するため、回転力に抗してエキセントリックシャフトを回転させる際に差圧を非常に大きくする必要ある。そのため、ベーン３がハウジング１０に対して微少に傾いて両軸方向端面３ａ，３ｂ側に楔状空間３１，３２が生じた場合、高圧側の油圧室（図１３では第１油圧室１１）から図中右側の楔状空間３２に高圧の作動油が流入し、図中に矢印で示すように、左側の軸方向端面３ａがハウジング１０の壁面に強く押し付けられることになる。その結果、ベーン３とハウジング１０との間に大きな摩擦力が発生してロータの円滑な回転が行われなくなったり、ベーン３あるいはハウジング１０に摩耗やかじりが生じたりする問題があった。

本発明は、上記状況に鑑みなされたものであり、ロータの円滑な作動等を実現したベーン式油圧アクチュエータとを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、その外周から少なくとも１枚のベーンが突設されたロータと、前記ロータを所定の角度範囲で回動自在に保持するハウジングと、前記ハウジングに形成され、前記ベーンの一方の受圧面が臨む第１の油圧室と、前記ハウジングに形成され、前記ベーンの他方の受圧面が臨む第２の油圧室とを備えたベーン式油圧アクチュエータであって、前記ベーンには、当該ベーンの一方の軸方向端面と他方の軸方向端面とを連通する連通手段が形成されたことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載されたベーン式油圧アクチュエータにおいて、前記連通手段は、前記ベーンの前記両軸方向端面にそれぞれ形成され、外周側から内周側に向かう複数の油導入溝を含むことを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項２に記載されたベーン式油圧アクチュエータにおいて、前記連通手段は、前記ベーンの外周面に形成され、前記両軸方向端面の油導入溝を連絡する連絡溝を含むことを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたベーン式油圧アクチュエータにおいて、前記ベーンの外周面が前記ハウジングの内周面に所定の間隙をもって対峙するとともに、前記ロータの軸方向に延設されて前記ハウジングの内周面に摺接する軸方向シールが前記ベーンの外周に設置されたことを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたベーン式油圧アクチュエータにおいて、前記第１油圧室の圧力が前記第２油圧室の圧力より大きく、
前記連通手段の連通面積は、前記第１油圧室側が前記第２油圧室側より大きく設定されたことを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項５に記載されたベーン式油圧アクチュエータにおいて、前記連通手段が前記第１油圧室側のみに設けられたことを特徴とする。

また、請求項７の発明は、請求項５に記載されたベーン式油圧アクチュエータにおいて、前記複数の連絡溝の連通面積は、前記第２油圧室側から前記第１油圧室側に向かうにつれて大きくなることを特徴とする。

また、請求項８の発明は、請求項４に記載されたベーン式油圧アクチュエータにおいて、前記第１油圧室の圧力が前記第２油圧室の圧力より大きく、連通手段の連通面積は、前記シールの設置部位よりも前記第１油圧室側が、前記シールの設置部位よりも前記第２油圧室側に対して大きいことを特徴とする。

請求項１のベーン式油圧アクチュエータによれば、作動油が連通手段を介して高圧側の軸方向端面側から低圧側の軸方向端面側に流入することにより、両軸方向端面の間の油圧差が小さくなり、ベーンをハウジングに押し付ける押付力が緩和されてロータの円滑な作動が実現される。また、請求項２のベーン式油圧アクチュエータによれば、ベーンとハウジングとが密着している場合等においても、作動油がベーンとハウジングとの間に導入されやすくなる。また、請求項３のベーン式油圧アクチュエータによれば、連絡溝を介して、高圧側の軸方向端面側の油導入溝から低圧側の軸方向端面側の油導入溝に作動油が移動しやすくなる。また、請求項４のベーン式油圧アクチュエータによれば、軸方向シールで画成された高圧側の間隙を介して、高圧側の油圧室から低圧側の軸方向端面側の油導入溝に作動油が流入しやすくなる。また、請求項５のベーン式油圧アクチュエータによれば、連通効果の高い第１油圧室側の連通面積が大きいため、ベーンの両軸方向端面の油圧差をより短時間で小さくすることができ、ロータの作動をより一層円滑にすることができる。また、連通効果の低い第２油圧室側の連通面積が小さいため、ベーンの強度や剛性の低下が抑制できるとともに、第１油圧室側から第２油圧室側への作動油の流出量を少なくすることができる。また、請求項６のベーン式油圧アクチュエータによれば、ベーンの強度や剛性の低下をより抑制できるとともに、第１油圧室側から第２油圧室側への作動油の流出量をより少なくすることができる。また、請求項７のベーン式油圧アクチュエータによれば、ベーンの両軸方向端面の油圧差をより短時間で小さくすることができ、ロータの作動をより一層円滑にすることができる。また、請求項８のベーン式油圧アクチュエータによれば、ベーンの両軸方向端面の油圧差をより短時間で小さくすることができ、ロータの作動をより一層円滑にすることができる。

以下、図面を参照して、本発明に係るベーン式油圧アクチュエータのいくつかの実施形態を詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は第１実施形態に係るベーン式油圧アクチュエータの展開斜視図であり、図２は第１実施形態に係るロータの斜視図であり、図３は第１実施形態に係るベーンの要部拡大縦断面図である。なお、第１実施形態では、説明の便宜上、図１中の斜め左下を左とする。

≪第１実施形態の構成≫
図１に示す第１実施形態のベーン式油圧アクチュエータ（以下、単にアクチュエータと記す）１は、ストローク特性可変エンジンのコントロールシャフトを駆動するものであり、図示しないエキセントリックシャフトの端部に連結されるロータ２と、ロータ２を所定の角度範囲（例えば、４５°）で回動自在に保持するハウジング１０とを主要構成要素としている。なお、本実施形態のアクチュエータ１は、ピストンとクランクピンとをアッパリンクとロアリンクとを介して連結し、ロアリンクとコントロールシャフトとをコントロールリンクで連結したストローク特性可変エンジンの可変機構を駆動するベーン式油圧アクチュエータとして用いられ、コントロールシャフト上に直接アクチュエータが設けられる場合（荷重を直接受ける場合）に特に好適である。

ロータ２は、その外周に１８０°間隔で一対のベーン３が突設された本体部４と、本体部４の両端から左右に突設されたシャフト部５，６とを有している。また、ハウジング１０は、ロータ２の本体部４を収容するハウジング本体７と、ハウジング本体７の左右端面に締結された左右サイドプレート８，９とから構成されている。ハウジング本体７にはベーン３によって画成される第１油圧室１１と第２油圧室１２が形成されており、これら油圧室１１，１２に図示しない油圧源から作動油（エンジンオイル）が導入されることによってベーン３（すなわち、ロータ２）が回転駆動される。なお、左右サイドプレート８，９には、ロータ２のシャフト部５，６が嵌入する保持孔１３，１４がそれぞれ形成されている。また、図１中に符号１５で示す部材は右サイドプレート９の端面に嵌め込まれたラバーシールであり、左サイドプレート８にも同様のラバーシールが装着されている。

図２，図３に示すように、ベーン３の左右端面（軸方向端面）３ａ，３ｂには、外周側から内周側に向かう放射状の油導入溝（連通手段）２１，２２がそれぞれ複数本（図示例では、各５本）形成されている。また、ベーン３の外周面３ｃには、両油導入溝２１，２２を連絡する連絡溝（連通手段）２３が形成されている。

≪第１実施形態の作用≫
本実施形態のアクチュエータ１は、ストローク特性可変エンジンの可変機構の駆動用アクチュエータとして用いられており、その作動時において第１油圧室１１と第２油圧室１２との間の圧力差が非常に大きくなることがある。そして、例えば、図４に示すように、第１油圧室１１側の油圧Ｐ１が第２油圧室１２側の油圧Ｐ２に対して大きくなり、その状態でベーン３（すなわち、ロータ２）が図４中反時計回りに微少に傾くと、ベーン３の左右端面３ａ，３ｂと左右サイドプレート８，９との間に楔状空間３１，３２がそれぞれ生じ、第１油圧室１１から右側の楔状空間３２に高圧の作動油が流入することになる。なお、第１油圧室１１側の油圧Ｐ１が第２油圧室１２側の油圧Ｐ２に対して大きくなる状態は、可変機構が作動している際のエンジンの燃焼圧力等により、ベーン３を第１油圧室１１側回転させるトルクが各リンクやコントロールシャフトを介して入力する場合で、特に、ベーンが所定の位置（ベーン室の中央等）に保持された状態の時に発生する。

ところが、本実施形態のベーン３には、左右端面３ａ，３ｂに油導入溝２１，２２が形成され、外周面３ｃに両油導入溝２１，２２を連絡する連絡溝２３が形成されているため、図４中に矢印で示すように、高圧となった右側の楔状空間３２の作動油がこれら油導入溝２１，２２と連絡溝２３とを介して左側の楔状空間３１に流入する。その結果、左右の楔状空間３１，３２の間の圧力差が小さくなり、ベーン３の左端面３ａを左サイドプレート８に押し付ける力がごく弱いものとなる。なお、右側の楔状空間３２から左側の楔状空間３１に流入する作動油はごく微量であるため、第１油圧室１１側の油圧Ｐ１や第２油圧室１２側の油圧Ｐ２に与える影響は殆どない。

これにより、本実施形態では、従来装置で問題となっていたベーン３と左サイドプレート８との間の摩擦力に起因するロータ２の作動不良が生じにくくなる他、ベーン３および左サイドプレート８の摩耗やかじりも起こらなくなった。なお、図４では、ベーン３の傾きや楔状空間３１，３２を大きく画いたが、これらは説明の理解を容易にするためのものであり、これら傾きや間隙は実際にはいずれも微少なものである。

［第２実施形態］
図５は第２実施形態に係るベーン式油圧アクチュエータの展開斜視図であり、図６は第２実施形態に係るロータの斜視図であり、図７は図５中のＶII部をロータの軸方向から視た拡大図である。なお、第２実施形態においても、説明の便宜上、図５中の斜め左下を左とする。

≪第２実施形態の構成≫
図５，図６に示すように、本実施形態のアクチュエータも上述した第１実施形態のものと略同様の構成を採っているが、以下の点が異なっている。すなわち、第２実施形態のアクチュエータ１では、図６に示すように、ベーン３の周方向中央に左右端面３ａ，３ｂに至る矩形溝４１が形成されており、この矩形溝４１に軸方向シール４２とシールスプリング４３とが収容されている。ベーン３の左右端面３ａ，３ｂには、外周側から内周側に向かう放射状の油導入溝２１，２２がそれぞれ複数本（図示例では、各６本）形成されている。図７に示すように、ベーン３の外周面３ｃとハウジング本体７の内周面７ａとは所定の間隙４４（連通手段）をもって対峙する一方、シールスプリング４３に付勢された軸方向シール４２がハウジング本体７の内周面７ａに摺接している。

≪第２実施形態の作用≫
第２実施形態では、図８に示すように、第１油圧室１１側の油圧Ｐ１が第２油圧室１２側の油圧Ｐ２に対して大きくなり、その状態でベーン３（すなわち、ロータ２）が図中反時計回りに微少に傾いた場合、図８中に矢印で示すように、高圧となった第１油圧室１１の作動油が間隙４４と左側の油導入溝２１とを介して左側の楔状空間３１に流入する。これにより、第１実施形態と同様に、左右の楔状空間３１，３２の間の圧力差が小さくなり、ベーン３の左端面３ａを左サイドプレート８に押し付ける力がごく弱いものとなるため、ロータ２の作動不良が生じにくくなる他、ベーン３および左サイドプレート８の摩耗やかじりも起こらなくなった。

［第３実施形態］
図９は第３実施形態に係るロータの斜視図である。

≪第３実施形態の構成≫
第３実施形態は、前述した第１実施形態のものと同様の全体構成を採っているが、ベーンに形成される油導入溝および連絡溝の位置や本数等が異なっている。すなわち、第３実施形態のベーン３では、第１油圧室１１側からベーン３の中央側にかけて、各３本の油導入溝２１ａ〜２１ｃ，２２ａ〜２２ｃおよび連絡溝２３ａ〜２３ｃが形成されている。これら油導入溝２１ａ〜２１ｃ，２２ａ〜２２ｃや連絡溝２３ａ〜２３ｃの幅は、第２油圧室１２側から第１油圧室１１側に向かうにつれて大きくなっている。

≪第３実施形態の作用≫
第３実施形態では、図１０に示すように、第１油圧室１１側の油圧Ｐ１が第２油圧室１２側の油圧Ｐ２に対して大きくなり、その状態でベーン３（すなわち、ロータ２）が図中反時計回りに微少に傾いた場合、図１０中に矢印で示すように、高圧となった右側の楔状空間３２の作動油が両油導入溝２１ａ〜２１ｃ，２２ａ〜２２ｃと連絡溝２３ａ〜２３ｃとを介して左側の楔状空間３１に流入する。この際、連通効果の高い第１油圧室１１側に向かうにつれて油導入溝２１ａ〜２１ｃ，２２ａ〜２２ｃや連絡溝２３ａ〜２３ｃの幅が大きくなっているため、左右の楔状空間３１，３２間の油圧差がより短時間で小さくなり、ロータ２の作動をより一層円滑にすることができた。また、本実施形態では、連通効果の低い第２油圧室１２側に油導入溝や連絡溝が存在しないため、ベーン３の強度や剛性の低下が抑制されるとともに、第１油圧室１１側から第２油圧室１２側への作動油の流出量を少なくすることができた。

［第４実施形態］
図１１は第４実施形態に係るアクチュエータの要部拡大図である。

≪第４実施形態の構成≫
第３実施形態は、前述した第２実施形態のものと同様の全体構成を採っているが、ベーンに形成される油導入溝の位置や本数等が異なっている。すなわち、第４実施形態のベーン３では、第１油圧室１１側から軸方向シール４２の設置部位にかけて、各３本の油導入溝２１ａ〜２１ｃ，２２ａ〜２２ｃが形成されており、これら油導入溝２１ａ〜２１ｃ，２２ａ〜２２ｃの幅が軸方向シール４２の設置部位から第１油圧室１１側に向かうにつれて大きくなっている。

≪第４実施形態の作用≫
第４実施形態では、図１２に示すように、第１油圧室１１側の油圧Ｐ１が第２油圧室１２側の油圧Ｐ２に対して大きくなり、その状態でベーン３（すなわち、ロータ２）が図中反時計回りに微少に傾いた場合、図１２中に矢印で示すように、高圧となった第１油圧室１１の作動油が間隙４４と左側の油導入溝２１ａ〜２１ｃとを介して左側の楔状空間３１に流入する。この際、連通効果の高い第１油圧室１１側に向かうにつれて油導入溝２１ａ〜２１ｃの幅が大きくなっているため、左右の楔状空間３１，３２間の油圧差がより短時間で小さくなり、ロータ２の作動をより一層円滑にすることができた。また、本実施形態では、連通効果の低い第２油圧室１２側に油導入溝が存在しないため、ベーン３の強度や剛性の低下が抑制されるとともに、第１油圧室１１側から第２油圧室１２側への作動油の流出量を少なくすることができた。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態は本発明をストローク特性可変エンジンの可変機構を駆動するアクチュエータに本発明を適用したものであるが、カムシャフトの角度位相を可変制御するためのカム位相可変機構を駆動するアクチュエータ等にも適用可能である。また、上記実施形態ではベーンの両軸方向端面に放射状の油導入溝を形成したが、油導入溝は、互いに平行なものであってもよいし、いわゆるジグザク形状等であってもよい。また、ベーンに一方の軸方向端面と他方の軸方向端面とを連通する連通孔を穿設し、油導入溝や連絡溝を廃するようにしてもよい。その他、ベーン式油圧アクチュエータの具体的構成等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

第１実施形態に係るベーン式油圧アクチュエータの展開斜視図である。 第１実施形態に係るロータの斜視である。 第１実施形態に係るベーンの要部拡大縦断面図である。 第１実施形態の作用を模式的に示す説明図である。 第２実施形態に係るベーン式油圧アクチュエータの展開斜視図である。 第２実施形態に係るロータの斜視図である。 図５中のＶII部をロータの軸方向から視た拡大図である。 第２実施形態の作用を模式的に示す説明図である。 第３実施形態に係るロータの斜視図である。 第３実施形態の作用を模式的に示す説明図である。 第４実施形態に係るアクチュエータの要部拡大図である 第３実施形態の作用を模式的に示す説明図である。 従来のベーン式油圧アクチュエータの問題を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１ アクチュエータ
２ ロータ
３ ベーン
３ａ 左端面（軸方向端面）
３ｂ 右端面（軸方向端面）
３ｃ 外周面
７ ハウジング本体
７ａ 内周面
８ 左サイドプレート
９ 右サイドプレート
１０ ハウジング
１１ 第１油圧室
１２ 第２油圧室
２１ 油導入溝（連通手段）
２２ 油導入溝（連通手段）
２３ 連絡溝（連通手段）
３１ 楔状空間
３２ 楔状空間
４２ 軸方向シール
４４ 間隙（連通手段）

Claims (8)

1. その外周から少なくとも１枚のベーンが突設されたロータと、
   前記ロータを所定の角度範囲で回動自在に保持するハウジングと、
   前記ハウジングに形成され、前記ベーンの一方の受圧面が臨む第１の油圧室と、
   前記ハウジングに形成され、前記ベーンの他方の受圧面が臨む第２の油圧室と
   を備えたベーン式油圧アクチュエータであって、
   前記ベーンには、当該ベーンの一方の軸方向端面と他方の軸方向端面とを連通する連通手段が形成されたことを特徴とするベーン式油圧アクチュエータ。
2. 前記連通手段は、
   前記ベーンの前記両軸方向端面にそれぞれ形成され、外周側から内周側に向かう複数の油導入溝を含むことを特徴とする、請求項１に記載されたベーン式油圧アクチュエータ。
3. 前記連通手段は、
   前記ベーンの外周面に形成され、前記両軸方向端面の油導入溝を連絡する連絡溝を含むことを特徴とする、請求項２に記載されたベーン式油圧アクチュエータ。
4. 前記ベーンの外周面が前記ハウジングの内周面に所定の間隙をもって対峙するとともに、前記ロータの軸方向に延設されて前記ハウジングの内周面に摺接する軸方向シールが前記ベーンの外周に設置されたことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたベーン式油圧アクチュエータ。
5. 前記第１油圧室の圧力が前記第２油圧室の圧力より大きく、
   前記連通手段の連通面積は、前記第１油圧室側が前記第２油圧室側より大きく設定されたことを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたベーン式油圧アクチュエータ。
6. 前記連通手段が前記第１油圧室側のみに設けられたことを特徴とする、請求項５に記載されたベーン式油圧アクチュエータ。
7. 前記複数の連絡溝の連通面積は、前記第２油圧室側から前記第１油圧室側に向かうにつれて大きくなることを特徴とする、請求項５に記載されたベーン式油圧アクチュエータ。
8. 前記第１油圧室の圧力が前記第２油圧室の圧力より大きく、
   連通手段の連通面積は、前記シールの設置部位よりも前記第１油圧室側が、前記シールの設置部位よりも前記第２油圧室側に対して大きいことを特徴とする、請求項４に記載されたベーン式油圧アクチュエータ。

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