JP2012202276A - 油圧アクチュエータシステム - Google Patents

Abstract

【課題】油圧アクチュエータを用いて内燃機関の弁装置を開閉させる場合に、内燃機関に適した弁装置の動作を実現すること。
【解決手段】油圧アクチュエータシステム１０は、油圧アクチュエータ２０と、油圧ポンプ１１と油圧アクチュエータ２０との間に設けられて、油圧アクチュエータ２０に作動油Ｌが供給されるタイミングを変更するとともに、油圧アクチュエータ２０に供給される作動油Ｌの流量が増加するときと減少するときとで、作動油Ｌの流量の変化率が異なる第１のロータリー弁６０Ａと、油圧ポンプ１１と油圧アクチュエータ２０との間に設けられて、油圧アクチュエータ２０から作動油Ｌを排出させるタイミングを変更するとともに、油圧アクチュエータ２０から排出される作動油Ｌの流量が増加するときと減少するときとで、作動油Ｌの流量の変化率が異なる第２のロータリー弁６０Ｂと、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧アクチュエータシステムに関する。

内燃機関が有する吸排気弁の制御の自由度を向上させるため、油圧アクチュエータ及び油圧サーボ弁等を用いて吸排気弁を制御する油圧式の弁駆動装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００９−２５７３１９号公報

内燃機関の吸排気弁（弁装置）は、適切な開閉のさせ方があるが、特許文献１は、この点について考慮されておらず、油圧アクチュエータを用いて弁装置に内燃機関に適した動作をさせるようにするためには改善の余地がある。本発明は、油圧アクチュエータを用いて内燃機関の弁装置を開閉させる場合に、内燃機関に適した弁装置の動作を実現することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、作動油供給源から供給される作動油によってシリンダ内をピストンが往復運動する油圧アクチュエータと、前記作動油供給源と前記油圧アクチュエータとの間に設けられて、前記油圧アクチュエータに前記作動油が供給されるタイミングを変更するとともに、前記油圧アクチュエータに供給される前記作動油の流量が増加するときと減少するときとで、前記作動油の流量の変化率が異なる第１のロータリー弁と、前記作動油供給源と前記油圧アクチュエータとの間に設けられて、前記油圧アクチュエータから前記作動油を排出させるタイミングを変更するとともに、前記油圧アクチュエータから排出される前記作動油の流量が増加するときと減少するときとで、前記作動油の流量の変化率が異なる第２のロータリー弁と、を含むことを特徴とする油圧アクチュエータシステムである。

この油圧アクチュエータシステムは、２つのロータリー弁を用い、油圧アクチュエータに作動油を供給する場合及び油圧アクチュエータから作動油を排出させる場合において、作動油の流量が増加するときと減少するときとで、作動油の流量の変化率を変更する。油圧アクチュエータのピストンの変位は、油圧アクチュエータに供給される作動油の流量の積分値になる。このため、油圧アクチュエータで内燃機関の弁装置を開閉させる場合に、油圧アクチュエータに供給する又は油圧アクチュエータから排出させる作動油の流量が増加するときと減少するときとで、作動油の流量の変化率を変更すれば、内燃機関に適した弁装置の動作を実現することができる。

また、この油圧アクチュエータシステムを内燃機関の弁装置に適用した場合、内燃機関でロータリー弁を駆動することができるので、内燃機関の回転とロータリー弁とを同期させて、弁装置を動作させることができる。このようにすれば、油圧アクチュエータの駆動、すなわち、弁装置の駆動は内燃機関の回転に同期するので、油圧アクチュエータを目標通りに動作させて、弁装置を確実に動作させることができる。このように、この油圧アクチュエータシステムを内燃機関の弁装置に適用した場合には、信頼性を向上させることができる。

本発明において、前記第１のロータリー弁は、前記油圧アクチュエータに供給される前記作動油の流量が増加するときよりも減少するときの方が、前記作動油の流量の変化率の絶対値は小さく、前記第２のロータリー弁は、前記油圧アクチュエータに供給される前記作動油の流量が増加するときよりも減少するときの方が、前記作動油の流量の変化率の絶対値は大きい、ことが好ましい。このようにすることで、弁装置の開弁時に多くの作動油を油圧アクチュエータに供給できるので、弁装置が最大のリフト量になるまでの時間を短くすることができる。また、弁装置が閉じる直前に多くの作動油を油圧アクチュエータから排出することができるので、弁装置を迅速に閉じることができる。

本発明において、前記第１のロータリー弁及び前記第２のロータリー弁は、前記作動油が通過する第１の孔を有するとともに回転する円筒形状の内筒と、前記内筒の外側に設けられて前記内筒を回転できるように支持するとともに、前記作動油が通過し、かつ前記内筒が一回転したときに前記第１の孔と一回重なる第２の孔を有する円筒形状の外筒と、を有し、前記第１の孔と前記第２の孔との少なくとも一方の開口面積が前記内筒の回転方向に向かって変化する部分を有することにより、前記作動油の流量の変化率を変更することが好ましい。このようなロータリー弁を用いることで、油圧アクチュエータに供給する又は油圧アクチュエータから排出させる作動油の流量が増加するときと減少するときとで、作動油の流量の変化率を簡単に変更することができる。

本発明において、前記第１のロータリー弁が、前記油圧アクチュエータに対する前記作動油の供給を停止した後、所定の時間が経過した後に、前記第２のロータリー弁が、前記油圧アクチュエータから前記作動油を排出させることが好ましい。このようにすることで、油圧アクチュエータのピストンが変位しない状態を作ることができるので、弁装置が開いた後、その開度を一定に保つことができる。

本発明において、前記油圧アクチュエータは、内燃機関の吸気弁と排気弁との少なくとも一方に取り付けられて、前記吸気弁と前記排気弁との少なくとも一方を開閉することが好ましい。

本発明は、本発明は、油圧アクチュエータを用いて内燃機関の弁装置を開閉させる場合に、内燃機関に適した弁装置の動作を実現することができる。

図１は、実施形態１に係る油圧アクチュエータシステムを示す図である。 図２は、実施形態１に係る油圧アクチュエータシステムが備えるロータリー弁の構造を示す断面図である。 図３は、実施形態１に係る油圧アクチュエータシステムが有する定量弁の構造を示す拡大図である。 図４は、実施形態１に係る油圧アクチュエータシステムが有する定量弁の変形例を示す拡大図である。 図５は、実施形態１に係る油圧アクチュエータシステムが有する油圧アクチュエータの変形例を示す拡大図である。 図６−１は、実施形態２に係る第１のロータリー弁の構造を示す図である。 図６−２は、実施形態２に係る第２のロータリー弁の構造を示す図である。 図７は、実施形態２に係る油圧アクチュエータの作動油の変化及び弁装置のリフト量の変化を示す図である。 図８−１は、実施形態２の変形例に係る第１のロータリー弁の構造を示す図である。 図８−２は、実施形態２の変形例に係る第２のロータリー弁の構造を示す図である。 図９−１は、実施形態２の変形例に係る第１のロータリー弁及び第２のロータリー弁が有する第２の孔の配置を示す図である。 図９−２は、実施形態２の変形例に係る第１のロータリー弁及び第２のロータリー弁が有する第２の孔の配置を示す図である。 図１０は、実施形態２の変形例に係る油圧アクチュエータの作動油の変化及び弁装置のリフト量の変化を示す図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る油圧アクチュエータシステムを示す図である。本実施形態において、油圧アクチュエータシステム１０は、内燃機関１の弁装置２を駆動するために用いられる。なお、油圧アクチュエータシステム１０の適用対象はこれに限定されるものではない。内燃機関１は、シリンダ内で燃料を燃焼させることによりピストンを往復運動させ、クランクシャフトを介してピストンの往復運動を回転運動に変換し、動力として取り出すものである。内燃機関１は、シリンダ内に燃料又は空気を導入するための吸気弁２Ｉ及びシリンダ内から排ガスを排出させる排気弁２Ｅを備える。以下、吸気弁２Ｉ及び排気弁２Ｅを、弁装置２という。

弁装置２は、弁体３と、ばね４と、ストッパ５とを有する。弁体３は、傘部３Ａと、傘部３Ａに連結した軸部３Ｓとで構成される。ばね４は、金属の線材が複数回巻き回されたコイルばねであり、内側に軸部３Ｓが貫通する。ストッパ５は、傘部３Ａとは反対側における軸部３Ｓの端部に取り付けられて、ばね４が軸部３Ｓから脱落することを防止する。ばね４の一端部はストッパ５に接し、他端部は、内燃機関１のシリンダヘッド６に接する。ばね４は、ストッパ５とシリンダヘッド６との間で圧縮されている。このため、ばね４の圧縮力により、弁体３の傘部３Ａは、シリンダヘッド６に押し付けられている。

油圧アクチュエータシステム１０は、油圧アクチュエータ２０と、定量弁３０と、バイパス配管４０と、逆止弁５０と、を含む。また、本実施形態において、油圧アクチュエータシステム１０は、油圧アクチュエータ２０と、第１のロータリー弁６０Ａと、第２のロータリー弁６０Ｂとを有し、第１のロータリー弁６０Ａによって油圧アクチュエータ２０へ作動油を供給し、及び第２のロータリー弁６０Ｂによって油圧アクチュエータ２０から作動油を排出させる。

油圧アクチュエータシステム１０が有する第１のロータリー弁６０Ａと、第２のロータリー弁６０Ｂとは、内燃機関１によって駆動される。本実施形態においては、油圧アクチュエータシステム１０が有する作動油供給源としての油圧ポンプ１１も内燃機関１によって駆動されるが、油圧ポンプ１１の駆動源は内燃機関１に限定されるものではない。例えば、油圧ポンプ１１は、電動機によって駆動されてもよい。

油圧アクチュエータ２０は、シリンダ２１と、シリンダ２１内に配置されるピストン２２とを含む。ピストン２２には、ピストンロッド２３が連結されている。ピストンロッド２３は、シリンダ２１の一方の端部からシリンダ２１の外部へ取り出される。ピストン２２は、シリンダ２１内を第１油室２１Ａと第２油室２１Ｂとに仕切る。第１油室２１Ａと第２油室２１Ｂとには、それぞれ作動油Ｌが供給され、また排出される。第１油室２１Ａ及び第２油室２１Ｂのうち、ピストンロッド２３とは反対側が第１油室２１Ａであり、ピストンロッド２３側が第２油室２１Ｂである。

作動油供給源としての油圧ポンプ１１から第１油室２１Ａに作動油Ｌが供給されると、第１油室２１Ａ内の作動油Ｌの体積が大きくなるので、第２油室２１Ｂから作動油Ｌが排出される。また、油圧ポンプ１１から第２油室２１Ｂに作動油Ｌが供給されると、第２油室２１Ｂ内の作動油Ｌの体積が大きくなるので、第１油室２１Ａから作動油Ｌが排出される。第１油室２１Ａへの給排油及び第２油室２１Ｂへの排給油が繰り返されることにより、ピストン２２は、シリンダ２１内を往復運動する。このように、油圧アクチュエータ２０は、作動油Ｌによってシリンダ２１内をピストン２２が往復運動する。ピストン２２の往復運動は、ピストン２２に連結されたピストンロッド２３によってシリンダ２１の外部に取り出される。

第１油室２１Ａに作動油Ｌが供給されると、第１油室２１Ａ内の作動油Ｌの体積が増加するので、ピストン２２は第１油室２１Ａから第２油室２１Ｂに向かって移動して、ピストンロッド２３をシリンダ２１から押し出す。すると、ピストンロッド２３は、弁装置２の弁体３、より具体的には軸部３Ｓの傘部３Ａとは反対側の端部を押して、弁体３を内燃機関１のシリンダ内に押し出す。この動作により、油圧アクチュエータ２０は、弁装置２を開く。第１油室２１Ａの作動油Ｌが排出されると、ピストン２２は第２油室２１Ｂから第１油室２１Ａに向かって移動するとともに、第２油室２１Ｂ内に作動油Ｌが供給され、ピストン２２は第２油室２１Ｂから第１油室２１Ａに向かって移動して、ピストンロッド２３をシリンダ２１内に引き込む。すると、ピストンロッド２３は、弁装置２の弁体３から離れるので、弁体３はピストンロッド２３が押す力から解放される。弁装置２の弁体３は、ばね４により、内燃機関１のシリンダヘッド６に押し付けられる。この動作により、油圧アクチュエータ２０は、弁装置２を閉じる。

油圧ポンプ１１は、作動油溜め１２から作動油Ｌを吸い上げ、加圧してから吐出する。油圧ポンプ１１の吐出口１１Ｅは、加圧した作動油Ｌを第１のロータリー弁６０Ａに吐出する。第１のロータリー弁６０Ａは、第１配管１３によって定量弁３０を介して油圧アクチュエータ２０の第１油室２１Ａに接続される。すなわち、第１配管１３は第１のロータリー弁６０Ａと、定量弁３０とを備えている。このような構造により、定量弁３０は、油圧ポンプ１１と油圧アクチュエータ２０との間、より具体的には、第１のロータリー弁６０Ａと油圧アクチュエータ２０との間に設けられる。作動油Ｌは、第１配管１３を介して第１のロータリー弁６０Ａと定量弁３０との間を流通し、また、第１配管１３を介して定量弁３０と油圧アクチュエータ２０との間を流通する。

定量弁３０は、シリンダ（定量弁シリンダ）３１と、定量弁シリンダ３１内を往復運動するピストン（定量弁ピストン）３２とを有する。定量弁シリンダ３１は、定量弁ピストン３２によって第１定量弁油室３１Ａと、第２定量弁油室３１Ｂとに仕切られている。第１定量弁油室３１Ａは、第１のロータリー弁６０Ａ及び第２のロータリー弁６０Ｂ側、すなわち、油圧ポンプ１１側の第１配管１３に接続されている。第２定量弁油室３１Ｂは、油圧アクチュエータ２０が有する第１油室２１Ａ側の第１配管１３に接続されている。すなわち、定量弁３０の第２定量弁油室３１Ｂと油圧アクチュエータ２０の第１油室２１Ａとは、第１配管１３によって接続されているので、両者の間を作動油Ｌが移動できるようになっている。定量弁３０の動作については後述する。

油圧ポンプ１１が吐出した作動油Ｌは、第１のロータリー弁６０Ａから吐出されて定量弁３０に流入する。定量弁３０に流入した作動油Ｌにより、定量弁３０は、一定量の作動油Ｌを吐出する。定量弁３０から吐出された作動油Ｌは、第１油室２１Ａに吐出する。このように、油圧ポンプ１１は、定量弁３０を介して油圧アクチュエータ２０（より具体的には、第１油室２１Ａ）に作動油Ｌを供給する。また、油圧ポンプ１１の吐出口１１Ｅは、第２配管１４によって、油圧アクチュエータ２０の第２油室２１Ｂに接続される。油圧ポンプ１１が吐出した作動油Ｌは、第２油室２１Ｂに流入する。このように、油圧ポンプ１１は、油圧アクチュエータ２０（より具体的には、第２油室２１Ｂ）に作動油Ｌを供給する。

第１配管１３には、第１のロータリー弁６０Ａに加え、第２のロータリー弁６０Ｂも接続される。第２のロータリー弁６０Ｂは、油圧アクチュエータ２０、より具体的には、油圧アクチュエータ２０の第１油室２１Ａから定量弁３０を介して排出された作動油Ｌを、作動油溜め１２に排出する。第１のロータリー弁６０Ａが、油圧ポンプ１１から吐出された作動油Ｌを、定量弁３０を介して第１油室２１Ａに供給するタイミングと、第２のロータリー弁６０Ｂが第１油室２１Ａから定量弁３０を介して排出された作動油Ｌを作動油溜め１２に排出するタイミングとを異ならせることにより、ピストン２２が往復運動する。

第１油室２１Ａ側におけるピストン２２の受圧面積をＡ１、第２油室２１Ｂ側におけるピストン２２の受圧面積をＡ２、ピストンロッド２３の断面積をＤ３とすると、Ａ２＝Ａ１−Ｄ３になる。すなわち、Ａ１＞Ａ２になる。油圧ポンプ１１から吐出される作動油Ｌの圧力をＰｓとすると、第１油室２１Ａに作動油Ｌを供給した場合、第１油室２１Ａ側のピストン２２が第１油室２１Ａの作動油Ｌから受ける力はＰｓ×Ａ１となり、第２油室２１Ｂ側のピストン２２が第２油室２１Ｂの作動油Ｌから受ける力は、Ｐｓ×Ａ２となる。Ａ１＞Ａ２なので、第１油室２１Ａに作動油Ｌを供給すると、ピストン２２は、第１油室２１Ａから第２油室２１Ｂへ向かって移動する。第１油室２１Ａの作動油Ｌが放出される場合、すなわち、定量弁３０を介して第２のロータリー弁６０Ｂから作動油Ｌが排出される場合、第１油室２１Ａ内の作動油Ｌの圧力は大気圧Ｐ０になる。すると、第２油室２１Ｂ側のピストン２２は、第２油室２１Ｂの作動油ＬからＰｓ×Ａ２の力を受ける。Ｐｓ×Ａ２＞Ｐ０×Ａ１となるようにＰｓとＡ１とＡ２とを設定することにより、第２油室２１Ｂから第１油室２１Ａへ向かって移動する。

油圧アクチュエータシステム１０のバイパス配管４０は、定量弁３０をバイパスして、油圧ポンプ１１の作動油溜め１２側（本実施形態では、第２のロータリー弁６０Ｂ）と油圧アクチュエータ２０（本実施形態では、第１油室２１Ａ）とを接続する。本実施形態では、バイパス配管４０は、定量弁３０の第１定量弁油室３１Ａ側の第１配管１３と、第２定量弁油室３１Ｂ側の第１配管１３とを接続する。このような構造により、バイパス配管４０は、油圧ポンプ１１の作動油溜め１２側と油圧アクチュエータ２０とを接続する。

油圧アクチュエータシステム１０の逆止弁５０は、バイパス配管４０に設けられて、油圧アクチュエータ２０から油圧ポンプ１１側（本実施形態では、第２のロータリー弁６０Ｂ）へ向かう作動油の移動のみを許容する。バイパス配管４０には、逆止弁５０よりも油圧アクチュエータ２０側に、オリフィス４１が設けられる。オリフィス４１により、バイパス配管４０を流れる作動油Ｌの流量が調整される。次に、第１のロータリー弁６０Ａ及び第２のロータリー弁６０Ｂの構造を説明する。次の説明においては、必要に応じて第１のロータリー弁６０Ａと第２ロータリー弁６０Ｂとをロータリー弁６０ということがある。

図２は、実施形態１に係る油圧アクチュエータシステムが備えるロータリー弁の構造を示す断面図である。ロータリー弁６０は、円筒形状の内筒６１と、円筒形状の外筒６２と、円筒形状の筐体６３とを有する。内筒６１は、作動油が通過する第１の孔６１Ｈを有するとともに、円筒形状の中心軸Ｚｒを中心として回転する。内筒６１は、上述したように、図１に示す内燃機関１によって回転される。外筒６２は、内筒６１の外側に設けられて内筒６１を回転できるように支持する。そして、外筒６２は、作動油Ｌが通過し、かつ内筒６１が一回転したときに第１の孔６１Ｈと一回重なる第２の孔６２Ｈを有する。筐体６３は、外筒６２の外側に設けられて外筒６２を回転できるように支持する。そして、筐体６３は、筐体６３は、第２の孔６２Ｈと重なる第３の孔６３Ｈを有する。

作動油Ｌは、内筒６１の内側から供給される。内筒６１が回転しているときに、内筒６１の第１孔６１Ｈが外筒６２の第２孔６２Ｈと重ならない場合、ロータリー弁６０は、作動油Ｌを通過させない。内筒６１の第１孔６１Ｈが外筒６２の第２孔６２Ｈと重なると、内筒６１の内部に供給された作動油Ｌは、第１孔６１Ｈ及び第２孔６２Ｈを通って筐体６３の第３孔６３Ｈから流出する。すなわち、ロータリー弁６０は、作動油Ｌを通過させる。このように、ロータリー弁６０は、内筒６１の第１孔６１Ｈと外筒６２の第２孔６２Ｈとが重なった場合のみ、作動油Ｌを通過させる。外筒６２を中心軸Ｚｒの周りに回転させると、内筒６１の第１孔６１Ｈと外筒６２の第２孔６２Ｈとが重なるタイミングを変更することができる。その結果、ロータリー弁６０は、作動油Ｌがロータリー弁６０を通過するタイミングを変更することができる。

第１のロータリー弁６０Ａ及び第２ロータリー弁６０Ｂは、上記のような構造である。このため、第１のロータリー弁６０Ａは、油圧アクチュエータ２０（より具体的には、第１油室２１Ａ）に作動油Ｌを供給するタイミングを変更できる。また、第２のロータリー弁６０Ｂは、油圧アクチュエータ２０（より具体的には、第１油室２１Ａ）から作動油Ｌを流出させるタイミングを変更できる。次に、油圧アクチュエータシステム１０が内燃機関１の弁装置２を動作させる手順を説明する。

油圧アクチュエータシステム１０の動作中、油圧ポンプ１１は作動油溜め１２から作動油Ｌを汲み上げ、加圧してから第１のロータリー弁６０Ａの内筒６１の内部へ吐出する。また、油圧アクチュエータシステム１０の動作中、第１のロータリー弁６０Ａ及び第２のロータリー弁６０Ｂのそれぞれの内筒６１は、内燃機関１によって回転させられている。第１のロータリー弁６０Ａは、内筒６１の第１の孔６１Ｈと外筒６２の第２の孔６２Ｈとが重なったタイミングで、内筒６１の内部に吐出された作動油Ｌが第１の孔６１Ｈから第２の孔６２Ｈへ向かって通過して、筐体６３の第３の孔６３Ｈから吐出される。第３の孔６３Ｈから吐出された作動油Ｌは、第１配管１３を通って定量弁３０の第１定量弁油室３１Ａに流入する。この作動油Ｌは、定量弁３０の定量弁ピストン３２を第１定量弁油室３１Ａから第２定量弁油室３１Ｂに向かって移動させる。すると、第２定量弁油室３１Ｂの体積が小さくなるので、第２定量弁油室３１Ｂ内の作動油Ｌは、油圧アクチュエータ２０の第１油室２１Ａへ流入する。

このとき、油圧アクチュエータ２０の第１油室２１Ａ内における作動油Ｌの圧力はＰｓであり、第２油室２１Ｂ内における作動油Ｌの圧力Ｐｓに等しい。このため、第１油室２１Ａ側のピストン２２が第１油室２１Ａの作動油Ｌから受ける力はＰｓ×Ａ１となり、第２油室２１Ｂ側のピストン２２が第２油室２１Ｂの作動油Ｌから受ける力は、Ｐｓ×Ａ２となる。Ａ１＞Ａ２なので、第１油室２１Ａに作動油Ｌを供給すると、油圧アクチュエータ２０のピストン２２は、第１油室２１Ａから第２油室２１Ｂへ向かって移動する。すると、ピストン２２に連結されたピストンロッド２３がシリンダ２１から押し出されて、内燃機関１の弁装置２の弁体３を押すので、弁装置２が開く。

第１のロータリー弁６０Ａの内筒６１がさらに回転すると、内筒６１の第１の孔６１Ｈと、外筒６２の第２の孔６２Ｈとが重ならなくなる。すると、油圧ポンプ１１から吐出された作動油Ｌは、第１のロータリー弁６０Ａから吐出されなくなる。この状態で、第２のロータリー弁６０Ｂの内筒６１が回転して、内筒６１の第１の孔６１Ｈと、外筒６２の第２の孔６２Ｈとが重なったとする。すると、定量弁３０の第１定量弁油室３１Ａは、第１配管１３と、筐体６３の第３の孔６３Ｈと、外筒６２の第２の孔６２Ｈと、内筒６１の第１の孔６１Ｈとを介して、第２のロータリー弁６０Ｂの内筒６１の内部と連通する。その結果、定量弁３０の第１定量弁油室３１Ａ内の作動油Ｌは、第２のロータリー弁６０Ｂを通って作動油溜め１２に流出する。作動油溜め１２は大気圧なので、第１定量弁油室３１Ａ内の作動油Ｌも大気圧Ｐ０になる。このため、第１油室２１Ａ側のピストン２２が第１油室２１Ａの作動油Ｌから受ける力はＰ０×Ａ１となり、第２油室２１Ｂ側のピストン２２が第２油室２１Ｂの作動油Ｌから受ける力は、Ｐｓ×Ａ２となる。ＰｓとＡ１とＡ２との関係は、Ｐｓ×Ａ２＞Ｐ０×Ａ１となるように設定されているので、ピストン２２は、第２油室２１Ｂから第１油室２１Ａへ向かって移動する。すると、ピストン２２に連結されたピストンロッド２３がシリンダ２１に引き込まれるので、内燃機関１の弁装置２は、ばね４の作用により閉じられる。

定量弁３０のピストン３２は、第１定量弁油室３１Ａから第２定量弁油室３１Ｂに向かって移動すると、第２定量弁油室３１Ｂ内のストッパ３３Ｂと接し、その後は移動が停止する。ピストン３２が停止した後は、第２定量弁油室３１Ｂから作動油Ｌは吐出しない。このため、定量弁３０は、常に、第２定量弁油室３１Ｂ内の体積に相当する作動油Ｌが吐出する。また、定量弁３０のピストン３２は、第２定量弁油室３１Ｂから第１定量弁油室３１Ａに向かって移動すると、第１定量弁油室３１Ａ内のストッパ３３Ａと接し、その後は移動が停止する。ピストン３２が停止した後は、第１定量弁油室３１Ａから作動油Ｌは吐出しない。このような構造により、定量弁３０は、常に、第１定量弁油室３１Ａ内の体積又は第２定量弁油室３１Ｂ内の体積に相当する作動油Ｌが吐出する。

油圧アクチュエータ２０は、作動油Ｌの流量を積分して変位に変換するものである。このため、作動油Ｌの流量の誤差が積算され、時間の経過とともにピストン２２の位置にずれが生じる。例えば、作動油Ｌの流量の誤差が積算されると、定量弁３０のピストン３２が第１定量弁油室３１Ａ内のストッパ３３Ａと接して停止した後、油圧アクチュエータ２０の第１油室２１Ａ内に作動油Ｌが残ることがある。この状態で油圧アクチュエータ２０の第１油室２１Ａに作動油Ｌが供給されると、残留している作動油Ｌの分だけピストン２２の位置がずれる。

そこで、本実施形態では、バイパス配管４０と、バイパス配管４０に設けられた逆止弁５０とによって、ピストン２２の位置ずれを回避する。油圧アクチュエータ２０から定量弁３０へ作動油Ｌが移動するとき、すなわち、油圧アクチュエータ２０のピストン２２が第２油室２１Ｂから第１油室２１Ａに向かって動くとき、第１油室２１Ａの作動油Ｌは、定量弁３０の第２定量弁油室３１Ｂ内へ流入する。定量弁３０のピストン３２が第１定量弁油室３１Ａ内のストッパ３３Ａと接して停止した後、油圧アクチュエータ２０の第１油室２１Ａ内に作動油Ｌが残っている場合、その作動油Ｌは、バイパス配管４０へ流入した後、逆止弁５０を開いてこれを通過してから、第２のロータリー弁６０Ｂを介して作動油溜め１２へ排出される。このようにすることで、定量弁３０は、常にピストン３２が第１定量弁油室３１Ａ内のストッパ３３Ａに接して停止した状態から油圧アクチュエータ２０の第１油室２１Ａへ作動油Ｌを供給することができる。その結果、油圧アクチュエータシステム１０は、時間の経過とともに油圧アクチュエータ２０に発生するピストン２２の位置ずれを回避することができる。

図３は、実施形態１に係る油圧アクチュエータシステムが有する定量弁の構造を示す拡大図である。定量弁３０のピストン３２は、円柱形状の胴部３２Ｂと、胴部３２Ｂの両方の端部３２Ｔ、３２Ｔにそれぞれ設けられる突起部３２Ｄ、３２Ｄとを有する。突起部３２Ｄは、円柱形状である。突起部３２Ｄの直径Ｄｄは、胴部３２Ｂの直径Ｄｂよりも小さい（Ｄｄ＜Ｄｂ）。第１定量弁油室３１Ａのストッパ３３Ａ及び第２定量弁油室３１Ｂのストッパ３３Ｂは、いずれも円筒形状の部材であり、ピストン３２の突起部３２Ｄが嵌り合う凹部３３Ｕを有している。凹部３３Ｕの内径Ｄｕは、突起部３２Ｄの直径Ｄｄよりも大きい（Ｄｕ＞Ｄｄ）。

定量弁３０のピストン３２がシリンダ３１内で往復運動すると、突起部３２Ｄがストッパ３３Ａ、３３Ｂの凹部３３Ｕへ進入する。すると、突起部３２Ｄと凹部３３Ｕとの隙間は、突起部３２Ｄが凹部３３Ｕへ進入する前よりも小さくなる。凹部３３Ｕへ突起部３２Ｄが進入しようとすると、凹部３３Ｕ内の作動油Ｌが前記隙間を通って凹部３３Ｕの外へ移動する。前記隙間を作動油Ｌが通過する際の流動抵抗により、ピストン３２の速度が低下するので、ピストン３２がストッパ３３Ａ、３３Ｂと接触するときの衝撃が緩和される。このように、定量弁３０は、ピストン３２の緩衝機構（ダンパ機構）を有する。緩衝機構を有する定量弁３０により、油圧アクチュエータシステム１０は、内燃機関１の弁装置２を滑らかに開閉することができる。

（定量弁の変形例）
図４は、実施形態１に係る油圧アクチュエータシステムが有する定量弁の変形例を示す拡大図である。定量弁３０ａは、シリンダ３１ａに設けられてシリンダ３１ａを封止する封止部材３４、３５を有する。一方の封止部材３４は、シリンダ３１ａに固定されているが、他方の封止部材３５は、ピストン３２が往復運動する方向と平行な方向（矢印Ｚで示す方向）に移動して、ピストン３２が往復運動する距離Ｘを変更することができる。本実施形態において、封止部材３５は、ストッパ３３Ａと連動して移動する。定量弁３０がストッパ３３Ａを有しない場合、封止部材３５は単独で移動する。封止部材３５は、例えば、外周部に雄ねじを有し、このねじをシリンダ３１ａの内周部に設けた雌ねじにねじ込む構造とすることができる。

封止部材３５により、第１定量弁油室３１Ａ及び第２定量弁油室３１Ｂの体積を変更することができるので、定量弁３０ａから吐出される作動油Ｌの体積を変更することができる。このような定量弁３０ａを油圧アクチュエータシステム１０が備えることにより、油圧アクチュエータシステム１０は、定量弁３０ａから吐出された作動油Ｌが供給される油圧アクチュエータ２０のピストン２２のストロークを変更することができるので、内燃機関１の弁装置２のリフト量を容易に変更することができる。

（油圧アクチュエータの変形例）
図５は、実施形態１に係る油圧アクチュエータシステムが有する油圧アクチュエータの変形例を示す拡大図である。油圧アクチュエータ２０ａは、ピストン２２とピストンロッド２３との間に、ピストン２２の径方向に張り出す張り出し部（フランジ部）２２Ｆを有する。張り出し部２２Ｆは、円板形状である。張り出し部２２Ｆの直径Ｄｆは、ピストン２２の直径Ｄｐよりも大きい（Ｄｆ＞Ｄｐ）。また、油圧アクチュエータ２０ａは、第１油室２１Ａａに、ピストン２２ａと接してピストン２２ａの動きを規制するストッパ２５を有する。ストッパ２５は、円筒形状の部材であり、張り出し部の２２Ｆが嵌り合う凹部２４Ｕを有している。凹部２４Ｕの内径Ｄａｕは、張り出し部２２Ｆの直径Ｄｆよりも大きい（Ｄａｕ＞Ｄｆ）。

油圧アクチュエータ２０ａのピストン２２ａが第２油室２１Ｂａから第１油室２１Ａａに向かって移動すると、張り出し部２２Ｆがストッパ２５の凹部２４Ｕへ進入する。すると、張り出し部２２Ｆと凹部２４Ｕとの隙間は、張り出し部２２Ｆが凹部２４Ｕへ進入する前よりも小さくなる。凹部２４Ｕへ張り出し部２２Ｆが進入しようとすると、凹部２４Ｕ内の作動油Ｌが前記隙間を通って凹部２４Ｕの外へ移動する。前記隙間を作動油Ｌが通過する際の流動抵抗により、ピストン２２ａの速度が低下するので、ピストン２２ａがストッパ２５と接触するときの衝撃が緩和される。このように、油圧アクチュエータ２０ａは、ピストン２２の緩衝機構（ダンパ機構）を有する。緩衝機構を有する油圧アクチュエータ２０ａにより、油圧アクチュエータシステム１０は、内燃機関１の弁装置２を滑らかに閉じることができる。

（実施形態２）
図６−１は、実施形態２に係る第１のロータリー弁の構造を示す図である。図６−２は、実施形態２に係る第２のロータリー弁の構造を示す図である。図６−１、図６−２に示すように、第１のロータリー弁６０Ａａが有する内筒６１Ａａの第１の孔６１ＡＨａ及び第２のロータリー弁６０Ｂａが有する内筒６１Ｂａの第１の孔６１ＢＨａは、長方形形状である。図６−１に示すように、第１のロータリー弁６０Ａａが有する外筒６２Ａａの第２の孔６２ＡＨａは、内筒６１Ａａの回転方向（矢印Ｒで示す方向）に向かって開口面積が変化する部分を有する。より具体的には、前記開口面積が小さくなる部分を有している。具体的には、第２の孔６２ＡＨａは、長方形部分と、内筒６１Ａａの回転方向に設けられて前記長方形部分とつながり、かつ一つの頂点が内筒６１Ａａの回転方向に向く三角形部分とを有する。この三角形部分が、開口面積が変化する（小さくなる）部分である。

図６−２に示すように、第２のロータリー弁６０Ｂａが有する外筒６２Ｂａの第２の孔６２ＢＨａは、内筒６１Ｂａの回転方向（矢印Ｒで示す方向）に向かって開口面積が変化する部分を有する。より具体的には、前記開口面積が大きくなる部分を有している。具体的には、第２の孔６２ＢＨａは、長方形部分と、内筒６１Ｂａの回転方向反対側に設けられて前記長方形部分とつながり、かつ一つの頂点が内筒６１Ｂａの回転方向反対側に向く三角形部分とを有する。この三角形部分が、開口面積が変化する（大きくなる）部分である。

図７は、実施形態２に係る油圧アクチュエータの作動油の変化及び弁装置のリフト量の変化を示す図である。第１のロータリー弁６０Ａａは、長方形形状の第１の孔６１ＡＨａが、長方形部分と三角形部分とを有する第２の孔６２ＡＨａと重なる場合、第２の孔６２ＡＨａの長方形部分から三角形部分に向かって移動する。すると、図７の実線Ａで示すように、第１のロータリー弁６０Ａａから吐出される作動油Ｌの流量Ｑ、すなわち、油圧アクチュエータ２０へ供給される作動油Ｌの流量Ｑは、増加するときよりも減少するときの方が、作動油Ｌの流量Ｑの変化率α＝ΔＱ／Δｔの絶対値は小さい。

第２のロータリー弁６０Ｂａは、長方形形状の第１の孔６１ＢＨａが、三角形部分と長方形部分とを有する第２の孔６２ＢＨａと重なる場合、第２の孔６２ＢＨａの三角形部分から長方形部分に向かって移動する。すると、図７の実線Ｂで示すように、第２のロータリー弁６０Ｂａへ流入する作動油Ｌの流量Ｑ、すなわち、油圧アクチュエータ２０から排出される作動油Ｌの流量Ｑは、増加するときよりも減少するときの方が、作動油Ｌの流量Ｑの変化率α＝ΔＱ／Δｔの絶対値は大きい。

油圧アクチュエータ２０の変位、すなわち、図１に示す内燃機関１の弁装置２のリフト量ＬＩは、油圧アクチュエータ２０へ供給され又は油圧アクチュエータ２０から排出される流量Ｑの積分値である。したがって、油圧アクチュエータ２０に供給される作動油Ｌの流量Ｑと、油圧アクチュエータ２０から排出される作動油Ｌの流量Ｑとが図７に示すように変化すると、弁装置２のリフト量ＬＩは、図７に示すように変化する。すなわち、弁装置２は、急激に開き、かつ急激に閉じるように動作する。このような動作により、油圧アクチュエータシステム１０は、弁装置２が開くときにおいては最大のリフト量になるまでの時間を短縮でき、かつ、弁装置２が閉じるときにおいては、閉じるまでの時間を短縮することができる。このような弁装置２の動作は、内燃機関１の吸排気弁の動作として好ましい。本実施形態においては、第１のロータリー弁６０Ａａ及び第２のロータリー弁６０Ｂａがそれぞれ有する第２の孔６２ＡＨａ、６２ＢＨａの開口面積を変更することにより、内燃機関１の吸排気弁として好ましい動作を油圧アクチュエータ２０に行わせることができる。

図８−１は、実施形態２の変形例に係る第１のロータリー弁の構造を示す図である。図８−２は、実施形態２の変形例に係る第２のロータリー弁の構造を示す図である。この変形例は、第１のロータリー弁６０Ａｂの内筒６１Ａｂが有する第１の孔６１ＡＨｂ及び第２のロータリー弁６０Ｂｂの内筒６１Ｂｂが有する第１の孔６１ＢＨｂが、内筒６１Ａｂ、６１Ｂｂの回転方向（矢印Ｒで示す方向）に向かって開口面積が変化する部分を有するようにしてある。このようにしても、上述した例と同様の作用、効果を得ることができる。

図８−１、図８−２に示すように、第１のロータリー弁６０Ａａが有する外筒６２Ａａの第２の孔６２ＡＨｂ及び第２のロータリー弁６０Ｂｂが有する外筒６２Ｂｂの第２の孔６２ＢＨｂは、長方形形状である。図８−１に示すように、第１のロータリー弁６０Ａｂが有する内筒６１Ａｂの第２の孔６１ＡＨｂは、内筒６１Ａｂの回転方向（矢印Ｒで示す方向）に向かって開口面積が小さくなる部分を有している。具体的には、第１の孔６１ＡＨｂは、長方形部分と、内筒６１Ａｂの回転方向反対側に設けられて前記長方形部分とつながり、かつ一つの頂点が内筒６１Ａｂの回転方向反対側に向く三角形部分とを有する。この三角形部分が、開口面積が変化する（小さくなる）部分である。

図８−２に示すように、第２のロータリー弁６０Ｂｂが有する内筒６１Ｂｂの第１の孔６１ＢＨｂは、内筒６１Ｂｂの回転方向（矢印Ｒで示す方向）に向かって開口面積が大きくなる部分を有している。具体的には、第１の孔６１ＢＨｂは、長方形部分と、内筒６１Ｂｂの回転方向反対側に設けられて前記長方形部分とつながり、かつ一つの頂点が内筒６１Ｂｂの回転方向反対側に向く三角形部分とを有する。この三角形部分が、開口面積が変化する（大きくなる）部分である。第１のロータリー弁６０Ａｂ及び第２のロータリー弁６０Ｂｂが上述したような構造を有することにより、油圧アクチュエータ２０へ供給される作動油Ｌの流量Ｑ及び油圧アクチュエータ２０から排出される流量Ｑは、図７に示すように変化する。その結果、油圧アクチュエータ２０で駆動される内燃機関１の弁装置２のリフト量ＬＩも、図７に示すように変化する。

図９−１、図９−２は、実施形態２の変形例に係る第１のロータリー弁及び第２のロータリー弁が有する第２の孔の配置を示す図である。図９−１、図９−２に示すように、内筒６１Ａａの回転方向（矢印Ｒで示す方向）において、外筒６２Ａａが有する第２の孔６２ＡＨａの終端部ＥＴと、内筒６１Ｂａの回転方向（矢印Ｒで示す方向）において、外筒６２Ｂａが有する第２の孔６２ＢＨａの始端部ＳＴとは、所定の間隔Ｃ（又は中心角θ）を有している。このようにすることで、第１のロータリー弁６０Ａａが、油圧アクチュエータ２０に対する作動油Ｌの供給を停止した後、所定の時間が経過した後に、第２のロータリー弁６０Ｂａが、油圧アクチュエータ２０から作動油Ｌを排出させることができる。

図１０は、実施形態２の変形例に係る油圧アクチュエータの作動油の変化及び弁装置のリフト量の変化を示す図である。本変形例のようにすると、図１０に示すように、油圧アクチュエータ２０に対する作動油Ｌの流量Ｑが０、すなわち、油圧アクチュエータ２０へ作動油Ｌが供給されず、かつ油圧アクチュエータ２０から作動油Ｌが排出されない時期（時間ｔ１からｔ２までの間）を作ることができる。この場合、油圧アクチュエータ２０で駆動される内燃機関１の弁装置２のリフト量ＬＩは、最大リフト量ＬＩｍａｘで維持される時期（時間ｔ１からｔ２までの間）を有する。このような弁装置２の動作は、内燃機関１の吸排気弁の動作としてより好ましい。本変形例においては、第１のロータリー弁６０Ａａが、油圧アクチュエータ２０に対する作動油Ｌの供給を停止させた後、所定の時間が経過した後に、第２のロータリー弁６０Ｂａが、油圧アクチュエータ２０から作動油Ｌを排出させることにより、内燃機関１の吸排気弁としてより好ましい動作を油圧アクチュエータ２０に行わせることができる。

なお、油圧アクチュエータシステム１０は、複数の異なる弁装置２のリフトのプロファイルを実現できるロータリー弁の組みを複数有し、内燃機関１の運転条件に応じて前記プロファイルを切り替えてもよい。例えば、油圧アクチュエータシステム１０は、図７に示すような弁装置のリフトのプロファイルと、図１０に示すような弁装置のリフトのプロフファイルとを実現できるロータリー弁の組みを有し、これを切り替えて用いてもよい。このようにすれば、内燃機関１の性能をより発揮させることができる。

１ 内燃機関
２ 弁装置
２Ｅ 排気弁
２Ｉ 吸気弁
３ 弁体
３Ａ 傘部
３Ｓ 軸部
５ ストッパ
６ シリンダヘッド
１０ 油圧アクチュエータシステム
１１ 油圧ポンプ
１１Ｅ 吐出口
１３ 第１配管
１４ 第２配管
２０、２０ａ 油圧アクチュエータ
２１ シリンダ
２１Ａ、２１Ａａ 第１油室
２１Ｂ、２１Ｂａ 第２油室
２２、２２ａ ピストン
２２Ｆ 張り出し部
２３ ピストンロッド
２４Ｕ 凹部
２５ ストッパ
３０、３０ａ 定量弁
３１、３１ａ シリンダ
３１ 定量弁シリンダ
３１Ａ 第１定量弁油室
３１Ｂ 第２定量弁油室
３２ ピストン
３２Ｔ 端部
３２ 定量弁ピストン
３２Ｂ 胴部
３２Ｄ 突起部
３３Ａ、３３Ｂ ストッパ
３３Ｕ 凹部
３４、３５ 封止部材
４０ バイパス配管
４１ オリフィス
５０ 逆止弁
６０Ａ、６０Ａａ 第１ロータリー弁
６０Ｂ、６０Ｂａ 第２ロータリー弁
６１、６１Ａａ、６１Ｂａ、６１Ａｂ、６１Ｂｂ 内筒
６１Ｈ、６１ＡＨａ、６１ＢＨａ、６１ＡＨｂ、６１ＢＨｂ 第１の孔
６２、６２Ａａ、６２Ｂａ 外筒
６２Ｈ、６２ＡＨａ、６２ＢＨａ、６２ＡＨｂ、６２ＢＨｂ 第２の孔
６３ 筐体
６３Ｈ 第３の孔

Claims (5)

1. 作動油供給源から供給される作動油によってシリンダ内をピストンが往復運動する油圧アクチュエータと、
   前記作動油供給源と前記油圧アクチュエータとの間に設けられて、前記油圧アクチュエータに前記作動油が供給されるタイミングを変更するとともに、前記油圧アクチュエータに供給される前記作動油の流量が増加するときと減少するときとで、前記作動油の流量の変化率が異なる第１のロータリー弁と、
   前記作動油供給源と前記油圧アクチュエータとの間に設けられて、前記油圧アクチュエータから前記作動油を排出させるタイミングを変更するとともに、前記油圧アクチュエータから排出される前記作動油の流量が増加するときと減少するときとで、前記作動油の流量の変化率が異なる第２のロータリー弁と、
   を含むことを特徴とする油圧アクチュエータシステム。
2. 前記第１のロータリー弁は、前記油圧アクチュエータに供給される前記作動油の流量が増加するときよりも減少するときの方が、前記作動油の流量の変化率の絶対値は小さく、
   前記第２のロータリー弁は、前記油圧アクチュエータに供給される前記作動油の流量が増加するときよりも減少するときの方が、前記作動油の流量の変化率の絶対値は大きい、
   請求項１に記載の油圧アクチュエータシステム。
3. 前記第１のロータリー弁及び前記第２のロータリー弁は、
   前記作動油が通過する第１の孔を有するとともに回転する円筒形状の内筒と、
   前記内筒の外側に設けられて前記内筒を回転できるように支持するとともに、前記作動油が通過し、かつ前記内筒が一回転したときに前記第１の孔と一回重なる第２の孔を有する円筒形状の外筒と、を有し、
   前記第１の孔と前記第２の孔との少なくとも一方の開口面積が前記内筒の回転方向に向かって変化する部分を有することにより、前記作動油の流量の変化率を変更する請求項１又は２に記載の油圧アクチュエータシステム。
4. 前記第１のロータリー弁が、前記油圧アクチュエータに対する前記作動油の供給を停止した後、所定の時間が経過した後に、前記第２のロータリー弁が、前記油圧アクチュエータから前記作動油を排出させる請求項１から３のいずれか１項に記載の油圧アクチュエータシステム。
5. 前記油圧アクチュエータは、内燃機関の吸気弁と排気弁との少なくとも一方に取り付けられて、前記吸気弁と前記排気弁との少なくとも一方を開閉する請求項１から４のいずれか１項に記載の油圧アクチュエータシステム。
   

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