JP2021076074A - リンク機構 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェイストゲートバルブ用のリンク機構において皿ばねのへたりを抑制する。【解決手段】リンク機構７０において、連結ピン７２を介してリンク板７１及びリンクロッド７６が回動可能に連結されている。連結ピン７２の中心軸線方向においてリンク板７１及びリンクロッド７６の間には皿ばね５０が配置されている。皿ばね５０は、径方向の一方側に向かうほど中心軸線方向の一方側に向かう形状のばね部５１と、ばね部５１の外縁から、中心軸線方向における皿ばね５０の中央側へと突出する折り返し部５４とを備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、アクチュエータの駆動力をウェイストゲートバルブの回転軸に伝達するためのリンク機構に関するものである。

特許文献１には、ウェイストゲートバルブにトルクを伝達するためのリンク機構が開示されている。リンク機構は、略長方形状のリンク板を有している。リンク板の長手方向一端部には、ウェイストゲートバルブの回転軸が固定されている。リンク板の他端部からは、略円柱状の連結ピンが突出している。この連結ピンには、略棒状のリンクロッドの一端が回動可能に連結されている。リンク板とリンクロッドとの間には、円環状の皿ばねが配置されている。皿ばねの中央の孔には、連結ピンが挿入されている。特許文献１のリンク機構においては、リンクロッドがアクチュエータによって動作されることで、リンクロッドの動作が、連結ピンを介して、リンク板及びウェイストゲートバルブの回転軸を回動させる力として伝達される。

特開２０１８−１２７９３６号公報

特許文献１のようなリンク機構において、リンク板とリンクロッドとの間で皿ばねが過度に圧縮されたり、繰り返し圧縮されたりすると、皿ばねが塑性変形して弾性力が低下する現象、いわゆるへたりが発生することがある。

上記課題を解決するため、本発明は、アクチュエータの駆動力をウェイストゲートバルブの回転軸に伝達するためのリンク機構であって、ウェイストゲートバルブの回転軸に固定される第１リンク部材と、前記第１リンク部材に連結ピンを介して回動可能に連結された第２リンク部材と、前記連結ピンの中心軸線方向において前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材の間に配置された皿ばねとを備えており、前記皿ばねは、前記皿ばねの径方向の一方側に向かうほど前記皿ばねの中心軸線方向の一方側に向かう形状のばね部と、前記ばね部の径方向の外縁又は内縁から、前記中心軸線方向における前記皿ばねの中央側へと突出する折り返し部とを備えているリンク機構を特徴とする。

上記構成によれば、第１リンク部材と第２リンク部材によって皿ばねのばね部がある程度圧縮されると、皿ばねの折り返し部がリンク部材等に接触する。この状態では、折り返し部によってばね部がそれ以上圧縮されることが抑制される。したがって、皿ばねにおけるばね部が過圧縮によりへたることを抑制できる。

第１実施形態の内燃機関の概略図。 第１実施形態のターボチャージャの全体図。 第１実施形態のリンク機構の部分端面図。 第１実施形態の皿ばねの概要図。 第２実施形態の皿ばねの概要図。 変更例の皿ばねの部分断面図。 変更例の皿ばねの部分断面図。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を説明する。
まず、車両の内燃機関１０における吸気及び排気の通路構成について説明する。

図１に示すように、内燃機関１０は、外部からの吸気が流通する吸気通路１１を備えている。吸気通路１１の下流端には、燃料を吸気と混合して燃焼させるための気筒１２が接続されている。気筒１２には、当該気筒１２から排ガスを排出するための排気通路１３が接続されている。内燃機関１０は排ガスの流れを利用して吸気を圧縮するためのターボチャージャ２０を備えている。

ターボチャージャ２０は、略円筒状のコンプレッサハウジング２１を備えている。当該コンプレッサハウジング２１は吸気通路１１の途中に取り付けられている。コンプレッサハウジング２１の一端には略円筒状のベアリングハウジング２２が取り付けられている。当該ベアリングハウジング２２においてコンプレッサハウジング２１と反対側にはタービンハウジング３０が取り付けられている。タービンハウジング３０は全体として円筒状で排気通路１３に取り付けられている。

図２に示すようにタービンハウジング３０は全体として円筒状の筒状部３１と、筒状部３１の内部空間に排ガスを導入する円弧部３２とを備えている。円弧部３２は、筒状部３１の外周を取り囲むように配置されている。円弧部３２の上流端からは、外側に向ってフランジ３３が張り出している。なお、このフランジ３３には、排気通路１３におけるタービンハウジング３０よりも上流の部分が接続されている。

図１に示すように、タービンハウジング３０における筒状部３１及び円弧部３２の内部には、排ガスが流通する主通路２３が区画されている。主通路２３には、タービンホイール９０が収容されている。タービンホイール９０は羽根車であり、排ガスが吹き付けられることで回転する。また、タービンハウジング３０における筒状部３１及び円弧部３２の内部には、主通路２３におけるタービンホイール９０よりも上流側の部分と、主通路２３におけるタービンホイール９０よりも下流側の部分とを連通するバイパス通路２４が区画されている。すなわち、バイパス通路２４は、タービンホイール９０よりも上流側からタービンホイール９０を迂回してタービンホイール９０よりも下流側へと至っている。

タービンホイール９０には、連結シャフト９１の一端部が接続されている。連結シャフト９１の軸線方向中央部分は、ベアリングハウジング２２の内部に収容されている。連結シャフト９１は、ベアリングハウジング２２の内部の図示しないベアリングによって回転可能に支持されている。連結シャフト９１の他端部には羽根車であるコンプレッサホイール９２が接続されている。

タービンハウジング３０における主通路２３内を流通する排ガスがタービンホイール９０に吹き付けられることで、タービンホイール９０が回転する。タービンホイール９０が回転すると、連結シャフト９１を介してコンプレッサホイール９２が回転して吸気の過給が行われる。

図１に示すように、タービンハウジング３０には、バイパス通路２４の下流側の開口を開閉するウェイストゲートバルブ４０が取り付けられている。ウェイストゲートバルブ４０はリンク機構７０を介してアクチュエータ１００の出力軸に連結されている。すなわち、リンク機構７０は、アクチュエータ１００の駆動力をウェイストゲートバルブ４０に伝達するものであり、アクチュエータ１００の駆動により、ウェイストゲートバルブ４０が開閉される。

次に、ウェイストゲートバルブ４０及びリンク機構７０について説明する。
図２に示すように、ウェイストゲートバルブ４０の回転軸４１は、タービンハウジング３０の壁部を貫通している。図示は省略するが、回転軸４１におけるタービンハウジング３０の内部側の端部には、バイパス通路２４を開閉するための弁体が取り付けられている。回転軸４１におけるタービンハウジング３０の外部側の端部には、第１リンク部材であるリンク板７１が固定されている。リンク板７１は、長尺な板状になっており、その長手方向一端部がウェイストゲートバルブ４０の回転軸４１に固定されている。図３に示すように、リンク板７１の他端部においては、平面視で円形状の挿通孔７１Ａが貫通している。挿通孔７１Ａには、全体として円柱状の連結ピン７２が挿通されている。

連結ピン７２は、円柱状の軸部７２Ａを備えている。なお、この実施形態では、軸部７２Ａの中心軸線方向の一方側よりも他方側の方が小径になっている。連結ピン７２の軸部７２Ａの中心軸線方向における長さは、リンク板７１の厚みの２倍以上になっている。連結ピン７２の軸部７２Ａの外径は、中心軸線方向の一方側では、リンク板７１の挿通孔７１Ａの内径と略同一になっている。そして、軸部７２Ａにおける中心軸線方向一方側、すなわち図３における上側が、リンク板７１の挿通孔７１Ａに挿通されている。

図３に示すように、連結ピン７２の軸部７２Ａにおいて、中心軸線方向におけるリンク板７１の連結箇所より端側においては、軸部７２Ａの径方向内側へリング溝７３が窪んでいる。リング溝７３は軸部７２Ａの周方向に３６０度全域に亘って延びている。

連結ピン７２の軸部７２Ａの外周面のうち、外径が小さくなっている方の端からは、径方向外側に向けて第１フランジ７４が突出している。第１フランジは軸部７２Ａの周方向に３６０度全域に亘って延びている。また、軸部７２Ａの外周面からは、径方向外側に向けて第２フランジ７５が突出している。第２フランジ７５は軸部７２Ａの周方向に３６０度全域に亘って延びている。第２フランジ７５は、軸部７２Ａの中心軸線方向において、第１フランジ７４から所定の間隔をあけ、なおかつリンク板７１との連結箇所よりも第１フランジ７４側に位置している。なお、この実施形態では、第２フランジ７５は、軸部７２Ａにおいて外径が変化する境界部分に位置している。

連結ピン７２の軸部７２Ａの中心軸線方向において第１フランジ７４と第２フランジ７５との間には、第２リンク部材であるリンクロッド７６が連結されている。リンクロッド７６は、全体として棒状になっている。リンクロッド７６の一端部においては、貫通孔７６Ａが貫通している。この貫通孔７６Ａに、連結ピン７２の軸部７２Ａが挿通されている。したがって、リンクロッド７６の一端部は、連結ピン７２の軸部７２Ａを介して、リンク板７１に対して回動可能に連結されている。

図２に示すように、リンクロッド７６の他端部は、アクチュエータ１００の出力軸に連結されている。アクチュエータ１００は、コンプレッサハウジング２１に対して固定されている。

図３に示すように、連結ピン７２のリング溝７３には、平面視すると円弧状に湾曲したような形状のＥリング７７が取り付けられている。Ｅリング７７の円弧の内径は、リング溝７３の内径と略同じになっている。Ｅリング７７の円弧の外径は、リンク板７１の挿通孔７１Ａよりも大きくなっている。すなわち、Ｅリング７７は、連結ピン７２の端部からリンク板７１が外れないように、抜け止め用の部材として機能している。

図３に示すように、連結ピン７２の中心軸線方向において、連結ピン７２の第２フランジ７５とリンク板７１との間には、略円環状の皿ばね５０が配置されている。皿ばね５０の中央の孔には連結ピン７２の軸部７２Ａが挿通されている。

図４に示すように、皿ばね５０は、略円環状のばね部５１を備えている。ばね部５１は径方向内側に向かうほど、ばね部５１の中心軸線方向の一方側、図４において下側に向かうテーパ形状になっている。ばね部５１の径方向内側の縁からは、径方向外側へと向かって複数のスリット５２が切り欠かれている。この実施形態では、スリット５２は６つ設けられていて、周方向に等間隔で配置されている。その結果として、ばね部５１においては、隣り合うスリット５２の間において、径方向内側に向かって突出するような爪部５３が設けられている。

図３に示すように、ばね部５１の径方向外縁からは、折り返し部５４が突出している。折り返し部５４は、皿ばね５０の中心軸線方向における中央側であって皿ばね５０の径方向外側に向けて斜めに突出している。折り返し部５４は、皿ばね５０の周方向の全域に亘って設けられていて、全体として円環状になっている。皿ばね５０に外力が作用していない状態で、皿ばね５０の中心軸線方向において、折り返し部５４の一端から他端までの長さは、ばね部５１の一端から他端までの長さの半分以下である。折り返し部５４を含めた皿ばね５０全体の外径は、連結ピン７２の第２フランジ７５の外径よりも小さくなっている。

皿ばね５０が連結ピン７２の第２フランジ７５とリンク板７１との間に配置された状態では、皿ばね５０の折り返し部５４とばね部５１との境界はリンク板７１と接し、ばね部５１の内縁部は連結ピン７２の第２フランジ７５と接している。そして、皿ばね５０のばね部５１は、中心軸線方向に圧縮されている。すなわち、皿ばね５０によって連結ピン７２がリンクロッド７６側へと付勢されている。

次に、第１実施形態の作用について説明する。
アクチュエータ１００が駆動し、リンクロッド７６の運動を受けてリンク板７１が回動すると、ターボチャージャ２０のウェイストゲートバルブ４０が開閉する。このとき、リンク板７１やリンクロッド７６には、連結ピン７２の中心軸線を中心とする周方向の力だけでなく、連結ピン７２の中心軸線方向の力が作用することもある。そして、例えば、リンク板７１とリンクロッド７６とが、連結ピン７２の中心軸線方向において互いに近づくような力が作用すると、連結ピン７２の第２フランジとリンク板７１との相対距離が近くなり、２つの部材の間に配置された皿ばね５０が圧縮される。皿ばね５０が、ある程度の圧縮力を受けると、皿ばね５０の折り返し部５４の先端が連結ピン７２の第２フランジ７５に接触する。

次に、第１実施形態の効果について説明する。
（１）皿ばね５０の折り返し部５４の先端が、連結ピン７２の第２フランジ７５に接触した状態でさらに皿ばね５０が圧縮されると、折り返し部５４が伸びるように変形し、ばねのような役割を果たす。すなわち、皿ばね５０には、ばね部５１が有する弾性力に加え、折り返し部５４の弾性力が付加される。この折り返し部５４によって弾性力が増すことで、ばね部５１の過度な弾性変形が抑制され、皿ばね５０のへたりを抑制できる。

（２）皿ばね５０の折り返し部５４にはばね部５１のスリット５２等がなく、円環状になっている。そのため、折り返し部５４は、ばね部５１に比較して弾性変形しにくい。したがって、折り返し部５４の先端が、連結ピン７２の第２フランジ７５に接触した後は、皿ばね５０全体として弾性変形しにくくなり、皿ばね５０に過大な圧縮力が働いても、十分な反力を発揮できる。

（３）皿ばね５０の中心軸線方向における折り返し部５４の長さは、ばね部５１の長さの半分以下である。換言すると、ばね部５１は、中心軸線方向において半分以下の寸法になるまで圧縮されないと、皿ばね５０の折り返し部５４の先端が、連結ピン７２の第２フランジ７５に接触しない。したがって、ばね部５１が相応に圧縮されない限り、折り返し部５４が、ばね部５１の弾性変形を阻害することはない。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態を説明する。
第２実施形態において、皿ばね以外の構成は第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

図５に示すように、皿ばね６０は、略円環状のばね部６１を備えている。ばね部６１は、径方向内側に向かうほどばね部６１の中心軸線方向の一方側、図５において下側に向かうテーパ形状になっている。ばね部６１の径方向外側の縁からは、径方向内側へと向かって複数のスリット６２が切り欠かれている。この実施形態では、スリット６２は６つ設けられていて、周方向に等間隔で配置されている。その結果として、ばね部６１においては、隣り合うスリット６２の間において、径方向外側に向かって突出するような爪部６３が設けられている。

皿ばね６０には、ばね部６１の径方向内縁からは、折り返し部６４が突出している。折り返し部６４は、皿ばね６０の中心軸線方向における中央側であって皿ばね６０の径方向内側に向けて斜めに突出している。折り返し部６４は、皿ばね６０の周方向の全域に亘って設けられていて、全体として円環状になっている。皿ばね６０に外力が作用していない状態で、折り返し部６４の中心軸線方向において、折り返し部６４の一端から他端までの長さは、ばね部６１の一端から他端までの長さの半分以下である。皿ばね６０の外径は、連結ピン７２の第２フランジ７５の外径よりも小さくなっている。

皿ばね６０が連結ピン７２の第２フランジ７５とリンク板７１との間に配置された状態では、皿ばね６０の折り返し部６４とばね部６１との境界は連結ピン７２の第２フランジ７５と接し、爪部６３の外縁部はリンク板７１と接している。そして、皿ばね６０のばね部６１は、中心軸線方向に圧縮されている。すなわち、皿ばね６０によって連結ピン７２がリンクロッド７６側へと付勢されている。

第２実施形態によれば、上述した第１実施形態と同様に、皿ばね６０がある程度の圧縮力を受けると、皿ばね６０の折り返し部６４の先端がリンク板７１に接触する。そして、この第２実施形態によれば、第１実施形態における（１）〜（３）と同様の効果を奏する。

上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。また、各実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・各実施形態において、連結ピン７２に対するリンク板７１及びリンクロッド７６の連結構成は、適宜変更できる。連結ピン７２からリンク板７１やリンクロッド７６が脱落しないように構成されており、且つリンク板７１とリンクロッド７６とが相対回転可能に構成されているのであれば、どのような連結構成であっても採用でき得る。

・第１実施形態において、皿ばね５０を、リンクロッド７６と第２フランジ７５との間に配置してもよい。また、連結ピン７２における第２フランジ７５を省略して、リンク板７１とリンクロッド７６との間で、両者に直接接触するように配置してもよい。この点、第２実施形態においても同様である。

・第１実施形態において、皿ばね５０のスリット５２を省略してもよい。この場合、爪部５３も省略されることになる。この点、第２実施形態においても同様である。
・第１実施形態において、皿ばね５０は、ばね部５１の内縁部が第２フランジ７５と接し、折り返し部５４とばね部５１との境界がリンク板７１と接するように配置されていた。これに対して、皿ばね５０の裏表を反転して、皿ばね５０のばね部５１の内縁部がリンク板７１と接し、折り返し部５４とばね部５１との境界が第２フランジ７５と接するようにしてもよい。

・第１実施形態において、ばね部５１の外縁から突出する折り返し部５４に代えて、又は加えて、ばね部５１の内縁から突出する折り返し部を追加してもよい。例えば、図６に示す例では、ばね部５１の内縁、すなわち爪部５３の内縁から折り返し部１５４が突出している。折り返し部１５４は、中心軸線方向に沿って、ばね部５１の中央側、図６において上側に突出している。したがって、折り返し部１５４が設けられている箇所においては、中心軸線方向の厚み寸法が大きくなったような状態になっている。この変更例においては、皿ばね５０がある程度圧縮されると、折り返し部１５４の先端がリンク板７１に接触する。そして、それ以後は、折り返し部１５４がストッパになって、皿ばね５０はそれ以上圧縮されなくなる。

・第２実施形態において、皿ばね６０は、ばね部６１の外縁部がリンク板７１と接し、折り返し部６４とばね部６１との境界が第２フランジ７５と接するように配置されていた。これに対して、皿ばね６０の裏表を反転して、皿ばね６０のばね部６１の外縁部が第２フランジ７５と接し、折り返し部６４とばね部６１との境界がリンク板７１と接するようにしてもよい。

・第２実施形態において、ばね部６１の内縁から突出する折り返し部６４に代えて、又は加えて、ばね部６１の外縁から突出する折り返し部を追加してもよい。例えば、図７に示す例では、ばね部６１の外縁から折り返し部１６４が突出している。折り返し部１６４は、中心軸線方向に沿って、ばね部６１の中央側、図７において下側に突出している。したがって、折り返し部１６４が設けられている箇所においては、中心軸線方向の厚み寸法が大きくなったような状態になっている。この変更例においては、皿ばね６０がある程度圧縮されると、折り返し部１６４の先端が第２フランジ７５に接触する。そして、それ以後は、折り返し部１６４がストッパになって、皿ばね６０はそれ以上圧縮されなくなる。

４０…ウェイストゲートバルブ
４１…回転軸
５０…皿ばね
５１…ばね部
５４…折り返し部
７０…リンク機構
７２…連結ピン
１００…アクチュエータ

Claims (1)

1. アクチュエータの駆動力をウェイストゲートバルブの回転軸に伝達するためのリンク機構であって、
   ウェイストゲートバルブの回転軸に固定される第１リンク部材と、
   前記第１リンク部材に連結ピンを介して回動可能に連結された第２リンク部材と、
   前記連結ピンの中心軸線方向において前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材の間に配置された皿ばねと
   を備えており、
   前記皿ばねは、
   前記皿ばねの径方向の一方側に向かうほど前記皿ばねの中心軸線方向の一方側に向かう形状のばね部と、
   前記ばね部の径方向の外縁又は内縁から、前記中心軸線方向における前記皿ばねの中央側へと突出する折り返し部と
   を備えている
   リンク機構。

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