JP7351411B2 - リンク機構 - Google Patents

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Description

本開示は、リンク機構に関する。本出願は2020年4月7日に提出された日本特許出願第2020-69164号に基づく優先権の利益を主張するものであり、その内容は本出願に援用される。
従来、タービンハウジングには、ウェイストゲートポートが形成される。特許文献1には、ウェイストゲートポートを開閉するリンク機構について開示がある。リンク機構は、ロッドと、リンクプレートと、連結ピンと、バネ部材と、止め輪とを備える。連結ピンは、ロッドとリンクプレートとを相対回転自在に連結する。バネ部材は、連結ピンに挿通され、リンクプレートとロッドとの間に配される。バネ部材は、リンクプレートおよびロッドを互いに離隔する方向に付勢する。止め輪は、連結ピンに取り付けられる。止め輪は、連結ピンからリンクプレートおよびロッドが脱落することを抑制する。
国際公開第2016/031565号公報
しかし、バネ部材の付勢力により、止め輪には常に荷重がかかる。この荷重がかかった状態でリンク機構が駆動されると、止め輪が摩耗する場合があった。止め輪が摩耗すると、止め輪が連結ピンから脱落し易くなる。その結果、リンクプレートおよびロッドが連結ピンから脱落するおそれがあった。
本開示は、リンク部材の脱落を抑制可能なリンク機構を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本開示のリンク機構は、第1孔が形成された第1リンク部材と、第2孔が形成された第2リンク部材と、第1リンク部材または第2リンク部材に取り付けられた回転体の回転軸と、第1リンク部材と第2リンク部材との間に配されるバネ部材と、第1リンク部材に対し第2リンク部材およびバネ部材と反対側に位置し、第1孔および第2孔の内径よりも大きい外径を有する大径部、大径部よりも外径が小さく、少なくとも一部が第1孔内に配される中径部、および、中径部よりも外径が小さく、少なくとも一部が第2孔内に配される小径部を有する連結ピンと、を備え、バネ部材の一端が第1リンク部材に接触し、バネ部材の他端が第2リンク部材に接触する
連結ピンは、中径部の外径をD1、大径部の外径をD2、D1およびD2の差の半分をd、大径部の中心軸方向の高さをnとしたとき、以下の式、1.15≦D2/D1≦2、および、1.1≦n/d≦5を満たしてもよい。
連結ピンは、小径部を含む第1部材と、第1部材より径方向外側に配され、中径部および大径部を含む第2部材と、により構成されてもよい。
本開示によれば、リンク部材の脱落を抑制することができる。
図1は、過給機の概略断面図である。 図2は、タービンハウジングの外観図である。 図3は、図2のIII矢視図である。 図4は、バルブと取付板の接続構造を説明するための説明図である。 図5は、図3に示すバルブが矢印a方向に回転した後のタービンハウジングの内観図である。 図6は、本実施形態にかかるリンク機構の概略断面図である。 図7は、バルブ側連結ピンの寸法関係を説明するための説明図である。 図8は、第1変形例のリンク機構の概略断面図である。 図9は、第2変形例のリンク機構の概略断面図である。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
図1は、過給機TCの概略断面図である。以下では、図1に示す矢印L方向を過給機TCの左側として説明する。図1に示す矢印R方向を過給機TCの右側として説明する。図1に示すように、過給機TCは、過給機本体1を備える。過給機本体1は、ベアリングハウジング3と、タービンハウジング5と、コンプレッサハウジング7とを含む。タービンハウジング5は、ベアリングハウジング3の左側に締結機構9によって連結される。コンプレッサハウジング7は、ベアリングハウジング3の右側に締結ボルト11によって連結される。
ベアリングハウジング3の外周面には、突起3aが設けられる。突起3aは、タービンハウジング5側に設けられる。突起3aは、ベアリングハウジング3の径方向に突出する。タービンハウジング5の外周面には、突起5aが設けられる。突起5aは、ベアリングハウジング3側に設けられる。突起5aは、タービンハウジング5の径方向に突出する。ベアリングハウジング3とタービンハウジング5は、締結機構9によってバンド締結される。締結機構9は、例えば、Gカップリングで構成される。締結機構9は、突起3a、5aを挟持する。
ベアリングハウジング3には、軸受孔3bが形成される。軸受孔3bは、過給機TCの左右方向に貫通する。軸受孔3bには、軸受が配される。軸受には、シャフト13が挿通される。軸受は、シャフト13を回転自在に軸支する。本実施形態では、軸受は、すべり軸受である。ただし、これに限定されず、軸受は、転がり軸受であってもよい。シャフト13の左端部には、タービンインペラ15が設けられる。タービンインペラ15は、タービンハウジング5に回転自在に収容される。シャフト13の右端部には、コンプレッサインペラ17が設けられる。コンプレッサインペラ17は、コンプレッサハウジング7に回転自在に収容される。
コンプレッサハウジング7には、吸気口19が形成される。吸気口19は、過給機TCの右側に開口する。吸気口19は、不図示のエアクリーナに接続される。ベアリングハウジング3とコンプレッサハウジング7の対向面によって、ディフューザ流路21が形成される。ディフューザ流路21は、空気を昇圧する。ディフューザ流路21は、環状に形成される。ディフューザ流路21は、径方向内側において、コンプレッサインペラ17を介して吸気口19に連通している。
コンプレッサハウジング7には、コンプレッサスクロール流路23が形成される。コンプレッサスクロール流路23は、環状に形成される。コンプレッサスクロール流路23は、例えば、ディフューザ流路21よりもシャフト13の径方向外側に位置する。コンプレッサスクロール流路23は、不図示のエンジンの吸気口と、ディフューザ流路21とに連通している。コンプレッサインペラ17が回転すると、吸気口19からコンプレッサハウジング7内に空気が吸気される。吸気された空気は、コンプレッサインペラ17の翼間を流通する過程において加圧加速される。加圧加速された空気は、ディフューザ流路21およびコンプレッサスクロール流路23で昇圧される。昇圧された空気は、エンジンの吸気口に導かれる。
タービンハウジング5には、吐出口25が形成される。吐出口25は、過給機TCの左側に開口する。吐出口25は、不図示の排気ガス浄化装置に接続される。タービンハウジング5の内部には、内部空間27が形成される。内部空間27は、吐出口25に開口する。内部空間27は、タービンインペラ15より下流側(吐出口25側)に形成される。
タービンハウジング5には、連通路29と、タービンスクロール流路31とが形成される。タービンスクロール流路31は、環状に形成される。タービンスクロール流路31は、例えば、連通路29よりもシャフト13の径方向外側に位置する。タービンスクロール流路31は、ガス流入口33(図2参照)と連通する。ガス流入口33には、不図示のエンジンの排気マニホールドから排出される排気ガスが導かれる。連通路29は、タービンインペラ15を介してタービンスクロール流路31と吐出口25(内部空間27)とを連通させる。ガス流入口33からタービンスクロール流路31に導かれた排気ガスは、連通路29、タービンインペラ15、および、内部空間27を介して吐出口25に導かれる。吐出口25に導かれる排気ガスは、流通過程においてタービンインペラ15を回転させる。
タービンインペラ15の回転力は、シャフト13を介してコンプレッサインペラ17に伝達される。コンプレッサインペラ17が回転すると、上記のとおりに空気が昇圧される。こうして、空気がエンジンの吸気口に導かれる。
図2は、タービンハウジング5の外観図である。図2に示すように、タービンハウジング5には、バルブ装置100が設けられる。バルブ装置100は、アクチュエータ110と、リンク機構120と、回転構造体130とを備える。図2に示すように、アクチュエータ110およびリンク機構120は、タービンハウジング5の外部に配される。
アクチュエータ110は、モータを含む。モータは、ロータ(回転体)111とステータ(不図示)とを備える。ロータ111の回転軸113は、リンク機構120に接続される。アクチュエータ110は、回転軸113を中心軸回り(図2中、矢印a方向および矢印b方向)に回転させる。
リンク機構120は、ロッド140と、アクチュエータ側リンクプレート150Aと、バルブ側リンクプレート150Bと、アクチュエータ側連結ピン160Aと、バルブ側連結ピン160Bと、アクチュエータ側バネ部材170Aと、バルブ側バネ部材170Bとを含む。
アクチュエータ側リンクプレート150Aには、ピン孔151Aと、軸孔153Aとが形成される。ピン孔151Aには、アクチュエータ側連結ピン160Aが挿通される。軸孔153Aには、ロータ111の回転軸113が挿通される。回転軸113は、アクチュエータ側リンクプレート150Aに固定される。回転軸113は、アクチュエータ側リンクプレート150Aと一体的に回転する。アクチュエータ側リンクプレート150Aは、回転軸113の中心軸周りに、図2中、矢印a方向および矢印b方向に回転する。
ロッド140には、アクチュエータ側挿通孔141Aと、バルブ側挿通孔141Bとが形成される。アクチュエータ側挿通孔141Aには、アクチュエータ側連結ピン160Aが挿通される。バルブ側挿通孔141Bには、バルブ側連結ピン160Bが挿通される。ロッド140は、一端がアクチュエータ側連結ピン160Aを介してアクチュエータ側リンクプレート150Aに接続され、他端がバルブ側連結ピン160Bを介してバルブ側リンクプレート150Bに接続される。
アクチュエータ側連結ピン160Aは、アクチュエータ側挿通孔141Aおよびピン孔151Aに挿通される。アクチュエータ側連結ピン160Aは、ロッド140とアクチュエータ側リンクプレート150Aとを相対回転自在に連結する。本実施形態では、アクチュエータ側連結ピン160Aは、アクチュエータ側リンクプレート150Aに固定される。アクチュエータ側連結ピン160Aは、ロッド140を回転自在に保持する。アクチュエータ側連結ピン160Aには、無電解ニッケル処理や窒化処理などの表面硬化処理が施される。これにより、アクチュエータ側連結ピン160Aの耐摩耗性を向上させることができる。
アクチュエータ側バネ部材170Aは、アクチュエータ側連結ピン160Aに挿通される。アクチュエータ側バネ部材170Aは、ロッド140とアクチュエータ側リンクプレート150Aとの間に配される。アクチュエータ側バネ部材170Aは、例えば、円盤形状である。本実施形態では、アクチュエータ側バネ部材170Aは、皿バネである。ただし、これに限定されず、アクチュエータ側バネ部材170Aは、コイルばねや板ばねなど他のバネ部材で構成されてもよい。アクチュエータ側バネ部材170Aは、一端がロッド140に接触し、他端がアクチュエータ側リンクプレート150Aに接触する。アクチュエータ側バネ部材170Aは、ロッド140とアクチュエータ側リンクプレート150Aとを、互いに離隔する方向に付勢する。ロッド140およびアクチュエータ側リンクプレート150Aの間にアクチュエータ側バネ部材170Aが配されることにより、ロッド140およびアクチュエータ側リンクプレート150A間の振動伝達が抑制される。
バルブ側リンクプレート150Bには、ピン孔151Bと、軸孔153Bとが形成される。ピン孔151Bには、バルブ側連結ピン160Bが挿通される。軸孔153Bには、回転構造体130の回転軸131が挿通される。回転軸131は、バルブ側リンクプレート150Bに固定される。回転軸131は、バルブ側リンクプレート150Bと一体的に回転する。バルブ側リンクプレート150Bは、回転軸131の中心軸周りに、図2中、矢印a方向および矢印b方向に回転する。
バルブ側連結ピン160Bは、アクチュエータ側連結ピン160Aと同様に構成される。バルブ側連結ピン160Bは、バルブ側挿通孔141Bおよびピン孔151Bに挿通される。バルブ側連結ピン160Bは、ロッド140とバルブ側リンクプレート150Bとを相対回転自在に連結する。本実施形態では、バルブ側連結ピン160Bは、バルブ側リンクプレート150Bに固定される。バルブ側連結ピン160Bは、ロッド140を回転自在に保持する。
バルブ側バネ部材170Bは、アクチュエータ側バネ部材170Aと同様に構成される。バルブ側バネ部材170Bは、バルブ側連結ピン160Bに挿通される。バルブ側バネ部材170Bは、ロッド140とバルブ側リンクプレート150Bとの間に配される。バルブ側バネ部材170Bは、一端がロッド140に接触し、他端がバルブ側リンクプレート150Bに接触する。バルブ側バネ部材170Bは、ロッド140とバルブ側リンクプレート150Bとを、互いに離隔する方向に付勢する。ロッド140およびバルブ側リンクプレート150Bの間にバルブ側バネ部材170Bが配されることにより、ロッド140およびバルブ側リンクプレート150B間の振動伝達が抑制される。
アクチュエータ110が駆動すると、アクチュエータ側リンクプレート150Aは、回転軸113の中心軸周りに、図2中、矢印a方向、または、矢印b方向に回転する。アクチュエータ側リンクプレート150Aが、図2中、矢印a方向に回転すると、ロッド140は、図2中、矢印c方向に移動する。ロッド140が、図2中、矢印c方向に移動すると、バルブ側リンクプレート150Bは、回転軸131の中心軸周りに、図2中、矢印a方向に回転する。
アクチュエータ側リンクプレート150Aが、図2中、矢印b方向に回転すると、ロッド140は、図2中、矢印d方向に移動する。ロッド140が、図2中、矢印d方向に移動すると、バルブ側リンクプレート150Bは、回転軸131の中心軸周りに、図2中、矢印b方向に回転する。
図3は、図2のIII矢視図である。図3は、タービンハウジング5の内観図である。図3に示すように、回転構造体130は、タービンハウジング5の内部空間27に配される。回転構造体130は、回転軸131と、取付板133と、バルブ(回転体)135とを含む。
タービンハウジング5には、貫通孔5bが形成される。貫通孔5bには、軸受部材180が挿通される。軸受部材180は、円筒形状である。軸受部材180には、回転軸131が挿通される。軸受部材180は、回転軸131を回転自在に軸支する。
回転軸131は、一端がバルブ側リンクプレート150Bに接続され、他端が取付板133に接続される。取付板133は、回転軸131に一体的に取り付けられる。例えば、取付板133は、回転軸131に溶接され、回転軸131と一体的に回転する。取付板133のうち、回転軸131と接続する側と反対側には、バルブ135が取り付けられる。取付板133は、バルブ135を保持する。
図4は、バルブ135と取付板133の接続構造を説明するための説明図である。図4に示すように、バルブ135は、本体部135aと、軸部135bとを備える。バルブ135の軸部135bには、位置規制部材137が取り付けられる。本体部135aは、当接面135cを有する。軸部135bは、本体部135aの当接面135cが形成される側とは反対側に形成される。軸部135bは、当接面135cと直交する方向に延在する。位置規制部材137は、円盤形状である。位置規制部材137は、孔137aを有する。
取付板133には、挿通孔133aが形成される。バルブ135の軸部135bは、取付板133の挿通孔133aに挿通される。軸部135bは、位置規制部材137の孔137aに挿通される。位置規制部材137は、取付板133に対し、本体部135aとは反対側に配される。位置規制部材137は、例えば、カシメにより軸部135bに取り付けられる(固定される)。取付板133は、本体部135aと位置規制部材137との間に挟まれる。位置規制部材137は、バルブ135が取付板133から脱落することを抑制する。
図1に示すように、タービンハウジング5には、バイパス流路35およびウェイストゲートポート37が形成される。バイパス流路35は、一端がタービンスクロール流路31に接続され、他端がウェイストゲートポート37を介して内部空間27に接続される。バイパス流路35は、タービンスクロール流路31と内部空間27とを連通する。バイパス流路35およびウェイストゲートポート37は、タービンインペラ15よりも径方向外側に位置する。バイパス流路35は、タービンスクロール流路31を流通する排気ガスの一部を、タービンインペラ15を迂回して内部空間27に導く。
ウェイストゲートポート37は、タービンハウジング5の内部空間27を形成する内壁のうちバルブ135(当接面135c)が当接可能な座面39に形成される。ウェイストゲートポート37は、タービンインペラ15より下流側(吐出口25側)に形成される。ウェイストゲートポート37は、バイパス流路35と内部空間27とを連通させる。
バルブ135は、ウェイストゲートポート37の内径よりも外径が大きい弁体である。バルブ135は、本実施形態では、ウェイストゲートバルブである。バルブ135は、座面39と当接した状態において、ウェイストゲートポート37を閉塞する。ウェイストゲートポート37が閉塞されると、タービンスクロール流路31を流通する排気ガスは、バイパス流路35およびウェイストゲートポート37を介して内部空間27に流出しなくなる。
バルブ135は、座面39から離隔した状態において、ウェイストゲートポート37を開放する。ウェイストゲートポート37が開放されると、タービンスクロール流路31を流通する排気ガスの一部は、バイパス流路35およびウェイストゲートポート37を介して内部空間27に流出する。
図3に戻り、アクチュエータ110(図2参照)の駆動により、回転軸131が図3中、矢印a方向に回転すると、回転軸131と一体的に取付板133が図3中、矢印a方向に回転する。取付板133が図3中、矢印a方向に回転すると、取付板133に保持されたバルブ135が、回転軸131の中心軸を中心として、図3中、矢印a方向に回転する。
図5は、図3に示すバルブ135が矢印a方向に回転した後のタービンハウジング5の内観図である。図5に示すように、バルブ135が矢印a方向に回転すると、バルブ135は、座面39から離隔する方向に移動する。バルブ135が座面39から離隔すると、ウェイストゲートポート37が開放された開放状態となる。一方、アクチュエータ110(図2参照)の駆動により、回転軸131が図5中、矢印b方向に回転すると、バルブ135は、回転軸131の中心軸周りに、図5中、矢印b方向に回転する。バルブ135が矢印b方向に回転すると、図3に示すように、バルブ135は、座面39に近接する方向に移動する。バルブ135が座面39に近接し当接すると、ウェイストゲートポート37が閉塞された閉塞状態となる。
図6は、本実施形態にかかるリンク機構120の概略断面図である。図6では、ロッド(第1リンク部材)140と、バルブ側リンクプレート(第2リンク部材)150Bと、バルブ側連結ピン160Bと、バルブ側バネ部材170Bとの概略断面図を示す。ここで、バルブ側リンクプレート150B、バルブ側連結ピン160B、および、バルブ側バネ部材170Bの構成は、アクチュエータ側リンクプレート150A、アクチュエータ側連結ピン160A、および、アクチュエータ側バネ部材170Aの構成と実質的に同一である。そのため、ここでは、バルブ側リンクプレート150B、バルブ側連結ピン160B、および、バルブ側バネ部材170Bの構成について詳細に説明する。アクチュエータ側リンクプレート150A、アクチュエータ側連結ピン160A、および、アクチュエータ側バネ部材170Aの構成については、詳細な説明を省略する。
図6に示すように、バルブ側連結ピン160Bには、大径部161と、中径部163と、小径部165とが形成される。中径部163は、一端が大径部161に連続し、他端が小径部165に連続する。大径部161、中径部163、および、小径部165は、一体的に形成される。
大径部161は、大凡円柱形状である。大径部161は、一定の外径を有する。大径部161の外径は、ロッド140のバルブ側挿通孔(第1孔)141Bの内径よりも大きい。大径部161は、ロッド140に対しバルブ側リンクプレート150Bおよびバルブ側バネ部材170Bと反対側に位置する。
中径部163は、大凡円柱形状である。中径部163は、一定の外径を有する。中径部163の中心軸は、大径部161の中心軸と大凡一致する。中径部163の外径は、大径部161の外径よりも小さい。中径部163の外径は、ロッド140のバルブ側挿通孔141Bの内径以下である。本実施形態では、中径部163の外径は、ロッド140のバルブ側挿通孔141Bの内径よりも小さい。中径部163の外周面は、バルブ側挿通孔141Bの内周面から離隔している。ただし、中径部163の外周面は、バルブ側挿通孔141Bの内周面と接触していてもよい。中径部163の外径は、バルブ側リンクプレート150Bのピン孔151Bの内径よりも大きい。中径部163は、少なくとも一部がバルブ側挿通孔141B内に配される。ロッド140は、中径部163に固定されず、中径部163に対して相対回転可能である。中径部163は、ロッド140のバルブ側挿通孔141Bと摺動する摺動部として機能する。中径部163の径方向外側にバルブ側バネ部材170Bが配される。
大径部161と中径部163の間には、大径段差面167が形成される。大径段差面167は、大凡円環形状である。大径段差面167は、大径部161および中径部163と連続する。大径段差面167は、大径部161および中径部163の中心軸に対し大凡直交する面である。大径段差面167は、ロッド140の外面と摺動する摺動部として機能する。
小径部165は、大凡円柱形状である。小径部165は、一定の外径を有する。小径部165の中心軸は、中径部163の中心軸と大凡一致する。小径部165の外径は、中径部163の外径よりも小さい。小径部165の外径は、バルブ側リンクプレート150Bのピン孔(第2孔)151Bの内径以下である。本実施形態では、小径部165の外径は、ピン孔151Bの内径と大凡等しい。ピン孔151Bの内径は、バルブ側挿通孔141Bの内径よりも小さい。小径部165は、少なくとも一部がピン孔151B内に配される。
中径部163と小径部165の間には、小径段差面169が形成される。小径段差面169は、大凡円環形状である。小径段差面169は、中径部163および小径部165と連続する。小径段差面169は、中径部163および小径部165の中心軸に対し大凡直交する面である。小径段差面169は、大径段差面167と大凡平行な面である。
小径段差面169は、バルブ側連結ピン160Bがバルブ側挿通孔141Bおよびピン孔151Bに挿通された際に、バルブ側リンクプレート150Bと当接する当接面(突き当て面)である。小径段差面169がバルブ側リンクプレート150Bと当接することで、バルブ側連結ピン160Bの中心軸方向の位置が決定される。
小径段差面169がバルブ側リンクプレート150Bと当接した状態で、小径部165は、バルブ側リンクプレート150Bに固定される。本実施形態では、小径段差面169がバルブ側リンクプレート150Bと当接した状態で、小径部165の先端部がバルブ側リンクプレート150Bにカシメられる。これにより、小径部165がバルブ側リンクプレート150Bに固定される。ただし、これに限定されず、小径部165がバルブ側リンクプレート150Bに溶接あるいは圧入されることで、バルブ側リンクプレート150Bに固定されてもよい。
このとき、ロッド140は、バルブ側バネ部材170Bにより、バルブ側リンクプレート150Bから離隔する方向に押圧される。その結果、ロッド140は、大径段差面167と当接し、バルブ側リンクプレート150Bから離隔する方向に大径段差面167を押圧する。大径段差面167にかかる押圧力は、バルブ側リンクプレート150Bとロッド140との間の距離に応じて決定される。バルブ側リンクプレート150Bとロッド140との間の距離は、バルブ側連結ピン160Bの中心軸方向における小径段差面169と大径段差面167との間の距離によって決定される。したがって、小径段差面169と大径段差面167との間の距離を調整することにより、バルブ側バネ部材170Bの付勢力を調整することができる。
図7は、バルブ側連結ピン160Bの寸法関係を説明するための説明図である。図7では、中径部163の外径をD1で表し、大径部161の外径をD2で表す。外径D1および外径D2の差の半分(すなわち、大径段差面167の径方向の幅)をdで表す。ここで、外径D1、外径D2、および、幅dの関係式は、d=(D2-D1)/2となる。大径部161の中心軸方向の高さをnで表す。
図7に示すように、バルブ側連結ピン160Bの中心軸方向におけるロッド140とバルブ側リンクプレート150Bとの隙間は、バルブ側連結ピン160Bの径方向におけるロッド140と中径部163との隙間より大きい。そのため、ロッド140がバルブ側連結ピン160Bの中心軸に対し傾斜した際に、ロッド140は、バルブ側リンクプレート150Bと当接する前に、中径部163と当接する。これにより、ロッド140がバルブ側連結ピン160Bの中心軸に対し傾斜した際に、ロッド140によりバルブ側バネ部材170Bが押しつぶされることを抑制できる。その結果、バルブ側バネ部材170Bの付勢力(反力)が低減することを抑制できる。
上述したように、大径部161の外径D2は、中径部163の外径D1よりも大きい。本実施形態では、外径D1と外径D2の関係式は、1.15≦D2/D1≦2となる。ここで、外径D2を外径D1で除した値が1に近づくほど、大径段差面167の幅dが小さくなる。つまり、外径D2を外径D1で除した値が1に近づくほど、ロッド140に押圧される大径段差面167の受圧面積が小さくなる。大径段差面167の受圧面積が小さくなるほど、単位面積あたりにかかる圧力が大きくなる。外径D2を外径D1で除した値が1.15未満である場合、大径段差面167がロッド140に押圧された状態でロッド140が中径部163周りを摺動した際に、大径段差面167(大径部161)が摩耗し易くなる。外径D2を外径D1で除した値が2を超える場合、大径段差面167とロッド140との間のフリクションロスが大きくなり、アクチュエータ110の燃費あるいは電費が悪化する。
大径部161の高さnの値は、大径段差面167の幅dの値よりも大きい。本実施形態では、幅dと高さnの関係式は、1.1≦n/d≦5となる。高さnを幅dで除した値が小さくなるほど、幅dに対して高さnが小さくなる。高さnが小さくなるほど、大径部161の厚さが薄くなり、大径部161の耐久性が低下する。高さnを幅dで除した値が1.1未満である場合、大径段差面167がロッド140に押圧された際に、大径部161の耐久性が低下し易くなる。高さnを幅dで除した値が5を超える場合、大径部161が大型化し、大径部161の重量が増大することから、大径段差面167とロッド140との間のフリクションロスが大きくなり、アクチュエータ110の燃費あるいは電費が悪化する。
本実施形態によれば、バルブ側連結ピン160Bは、小径部165がバルブ側リンクプレート150Bに固定される。バルブ側連結ピン160Bは、中径部163がロッド140のバルブ側挿通孔141Bに挿通される。バルブ側連結ピン160Bは、大径部161がロッド140に対しバルブ側リンクプレート150Bおよびバルブ側バネ部材170Bと反対側に位置する。大径部161は、ロッド140のバルブ側挿通孔141Bよりも大きい外径を有する。これにより、バルブ側連結ピン160Bに止め輪が設けられずとも、バルブ側連結ピン160Bは、ロッド140を回転(摺動)自在に保持することができる。
バルブ側連結ピン160Bには、従来の連結ピンに設けられていた止め輪の代わりに、大径部161が一体的に形成されている。大径部161の体積は、従来の止め輪の体積よりも大きく形成される。そのため、バルブ側連結ピン160Bの大径部161は、従来の止め輪よりも耐久性および耐摩耗性を向上させることができる。したがって、ロッド140がバルブ側バネ部材170Bにより押圧された状態で中径部163周りを回転摺動した際に、バルブ側連結ピン160Bからロッド140が脱落することを抑制できる。
バルブ側連結ピン160Bには、小径段差面169が設けられる。小径段差面169をバルブ側リンクプレート150Bに突き当てることで、ロッド140とバルブ側リンクプレート150Bとの間の高さ管理が容易になる。大径段差面167および小径段差面169が機械加工されることで、ロッド140とバルブ側リンクプレート150Bとの間隔を精度よく設定(管理)することができる。これにより、バルブ側バネ部材170Bの荷重を精度よく設定(管理)することができる。バルブ側連結ピン160Bに対する止め輪の組み付けが不要になるため、リンク機構120の組立性を向上させることができる。
本実施形態では、バルブ側連結ピン160Bは、中径部163の外径D1と大径部161の外径D2とが、1.15≦D2/D1≦2の関係式を満たす。バルブ側連結ピン160Bは、大径段差面167の幅dと大径部161の高さnとが、1.1≦n/d≦5の関係式を満たす。上記関係式を満たすことにより、大径部161の耐久性および耐摩耗性の向上とフリクションロスの低減とを両立させることができる。
(第1変形例)
図8は、第1変形例のリンク機構220の概略断面図である。上記実施形態の過給機TCと実質的に等しい構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。第1変形例のリンク機構220は、上記実施形態のロッド140およびバルブ側リンクプレート150Bに代えて、ロッド(第2リンク部材)240およびバルブ側リンクプレート(第1リンク部材)250Bを備える。なお、第1変形例では、バルブ側連結ピン160Bは、上記実施形態のバルブ側連結ピン160Bと上下反対に配される。第1変形例では、ロッド240のアクチュエータ側挿通孔141A、アクチュエータ側連結ピン160A、アクチュエータ側リンクプレート150A、アクチュエータ側バネ部材170Aの構成は、ロッド240のバルブ側挿通孔241B、バルブ側連結ピン160B、バルブ側リンクプレート250B、バルブ側バネ部材170Bの構成と実質的に同一である。そのため、ロッド240のアクチュエータ側挿通孔141A、アクチュエータ側連結ピン160A、アクチュエータ側リンクプレート150A、アクチュエータ側バネ部材170Aの構成については、詳細な説明を省略する。それ以外の構成は、上記実施形態のリンク機構120と同じである。
図8に示すように、ロッド240には、バルブ側挿通孔(第2孔)241Bが形成される。バルブ側挿通孔241Bには、バルブ側連結ピン160Bが挿通される。バルブ側リンクプレート250Bには、ピン孔(第1孔)251Bが形成される。ピン孔251Bには、バルブ側連結ピン160Bが挿通される。第1変形例では、ピン孔251Bの内径は、バルブ側挿通孔241Bの内径よりも大きい。
大径部161の外径は、バルブ側リンクプレート250Bのピン孔251Bの内径よりも大きい。大径部161は、バルブ側リンクプレート250Bに対しロッド240およびバルブ側バネ部材170Bと反対側に位置する。
中径部163の外径は、バルブ側リンクプレート250Bのピン孔251Bの内径以下である。本実施形態では、中径部163の外径は、ピン孔251Bの内径よりも小さい。中径部163の外周面は、ピン孔251Bの内周面から離隔している。ただし、中径部163の外周面は、ピン孔251Bの内周面と接触していてもよい。中径部163の外径は、ロッド240のバルブ側挿通孔241Bの内径よりも大きい。中径部163は、少なくとも一部がピン孔251B内に配される。バルブ側リンクプレート250Bは、中径部163に固定されず、中径部163周りを摺動することができる。中径部163は、バルブ側リンクプレート250Bのピン孔251Bと摺動する摺動部として機能する。大径段差面167は、バルブ側リンクプレート250Bの外面と摺動する摺動部として機能する。
小径部165の外径は、ロッド240のバルブ側挿通孔241Bの内径以下である。第1変形例では、小径部165の外径は、バルブ側挿通孔241Bの内径と大凡等しい。小径部165は、少なくとも一部がバルブ側挿通孔241B内に配される。小径段差面169は、バルブ側連結ピン160Bがピン孔251Bおよびバルブ側挿通孔241Bに挿通された際に、ロッド240と当接する当接面(突き当て面)である。小径段差面169がロッド240と当接することで、バルブ側連結ピン160Bの中心軸方向の位置が決定される。
小径段差面169がロッド240と当接した状態で、小径部165は、ロッド240に固定される。第1変形例では、小径段差面169がロッド240と当接した状態で、小径部165の先端部がロッド240にカシメられる。これにより、小径部165がロッド240に固定される。ただし、これに限定されず、小径部165がロッド240に溶接あるいは圧入されることで、ロッド240に固定されてもよい。
このとき、バルブ側リンクプレート250Bは、バルブ側バネ部材170Bにより、ロッド240から離隔する方向に押圧される。その結果、バルブ側リンクプレート250Bは、大径段差面167と当接し、ロッド240から離隔する方向に大径段差面167を押圧する。大径段差面167にかかる押圧力は、バルブ側リンクプレート250Bとロッド240との間の距離に応じて決定される。バルブ側リンクプレート250Bとロッド240との間の距離は、バルブ側連結ピン160Bの中心軸方向における小径段差面169と大径段差面167との間の距離によって決定される。したがって、小径段差面169と大径段差面167との間の距離を調整することにより、バルブ側バネ部材170Bの付勢力を調整することができる。
第1変形例によれば、バルブ側連結ピン160Bは、小径部165がロッド240に固定される。バルブ側連結ピン160Bは、中径部163がバルブ側リンクプレート250Bのピン孔251Bに挿通される。バルブ側連結ピン160Bは、大径部161がバルブ側リンクプレート250Bに対しロッド240およびバルブ側バネ部材170Bと反対側に位置する。大径部161は、バルブ側リンクプレート250Bのピン孔251Bよりも大きい外径を有する。これにより、第1変形例のリンク機構220は、上記実施形態のリンク機構120と同様の作用および効果を得ることができる。
(第2変形例)
図9は、第2変形例のリンク機構320の概略断面図である。上記実施形態の過給機TCと実質的に等しい構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。第2変形例のリンク機構320は、上記実施形態のバルブ側連結ピン160Bに代えて、バルブ側連結ピン360Bを備える。なお、第2変形例では、アクチュエータ側連結ピン160Aの構成は、バルブ側連結ピン360Bの構成と同じである。そのため、アクチュエータ側連結ピン160Aの構成については、詳細な説明を省略する。それ以外の構成は、上記実施形態のリンク機構120と同じである。
図9に示すように、バルブ側連結ピン360Bは、第1部材361と、第2部材363とにより構成される。第1部材361は、小径部361aを含む。小径部361aは、大凡円柱形状である。小径部361aは、一定の外径を有する。小径部361aの外径は、バルブ側リンクプレート(第2リンク部材)150Bのピン孔(第2孔)151Bの内径以下である。第2変形例では、小径部361aの外径は、ピン孔151Bの内径と大凡等しい。小径部361aは、一部がピン孔151B内に配される。
第2部材363は、小径部361aより径方向外側に配される。第2部材363は、大径部363aおよび中径部363bを含む。大径部363aは、大凡円筒形状である。大径部363aは、一定の外径および内径を有する。大径部363aの外径は、小径部361aの外径よりも大きい。大径部363aの内径は、小径部361aの外径と大凡等しい。大径部363aの径方向内側には、小径部361aが配される。大径部363aの中心軸は、小径部361aの中心軸と大凡一致する。大径部363aの外径は、ロッド(第1リンク部材)140のバルブ側挿通孔(第1孔)141Bの内径よりも大きい。大径部363aは、ロッド140に対しバルブ側リンクプレート150Bおよびバルブ側バネ部材170Bと反対側に位置する。
中径部363bは、大凡円筒形状である。中径部363bは、一定の外径および内径を有する。中径部363bの外径は、大径部161の外径よりも小さく、小径部361aの外径よりも大きい。中径部363bの内径は、小径部361aの外径と大凡等しい。中径部363bの径方向内側には、小径部361aが配される。中径部163の中心軸は、小径部361aおよび大径部363aの中心軸と大凡一致する。中径部363bの外径は、ロッド140のバルブ側挿通孔141Bの内径以下である。第2変形例では、中径部363bの外径は、バルブ側挿通孔141Bの内径よりも小さい。中径部363bの外周面は、バルブ側挿通孔141Bの内周面から離隔している。ただし、中径部363bの外周面は、バルブ側挿通孔141Bの内周面と接触していてもよい。中径部363bの外径は、バルブ側リンクプレート150Bのピン孔151Bの内径よりも大きい。中径部363bは、少なくとも一部がバルブ側挿通孔141B内に配される。ロッド140は、中径部363bに固定されず、中径部363b周りを摺動することができる。
大径部363aと中径部363bの間には、大径段差面363cが形成される。大径段差面363cは、大凡円環形状である。大径段差面363cは、大径部363aおよび中径部363bと連続する。大径段差面363cは、大径部363aおよび中径部363bの中心軸に対し大凡直交する面である。
中径部363bのうち大径部363aから離隔する側の端面には、小径段差面363dが形成される。小径段差面363dは、大凡円環形状である。小径段差面363dは、中径部363bの中心軸に対し大凡直交する面である。小径段差面363dは、大径段差面363cと大凡平行な面である。
小径段差面363dは、バルブ側連結ピン360Bがバルブ側挿通孔141Bおよびピン孔151Bに挿通された際に、バルブ側リンクプレート150Bと当接する当接面(突き当て面)である。小径段差面363dがバルブ側リンクプレート150Bと当接することで、バルブ側連結ピン360Bの中心軸方向の位置が決定される。
小径段差面363dがバルブ側リンクプレート150Bと当接した状態で、小径部361aは、バルブ側リンクプレート150Bに固定される。第2変形例では、小径段差面363dがバルブ側リンクプレート150Bと当接した状態で、小径部361aの先端部がバルブ側リンクプレート150Bにカシメられ、小径部361aの基端部が第2部材363の大径部363aにカシメられる。これにより、第1部材361がバルブ側リンクプレート150Bおよび第2部材363に固定される。第1部材361と第2部材363とバルブ側リンクプレート150Bとが一体的に構成される。ただし、これに限定されず、小径部361aがバルブ側リンクプレート150Bおよび第2部材363に溶接あるいは圧入されることで、バルブ側リンクプレート150Bおよび第2部材363に固定されてもよい。
第2変形例によれば、バルブ側連結ピン360Bは、小径部361aがバルブ側リンクプレート150Bに固定される。バルブ側連結ピン360Bは、中径部363bがロッド140のバルブ側挿通孔141Bに挿通される。バルブ側連結ピン360Bは、大径部363aがロッド140に対しバルブ側リンクプレート150Bおよびバルブ側バネ部材170Bと反対側に位置する。大径部363aは、ロッド140のバルブ側挿通孔141Bよりも大きい外径を有する。これにより、第2変形例のリンク機構320は、上記実施形態のリンク機構120と同様の作用および効果を得ることができる。
第2変形例では、バルブ側連結ピン360Bは、複数の部材(第1部材361および第2部材363)により構成される。これにより、例えば、ロッド140(バルブ側挿通孔141B)やバルブ側バネ部材170Bの形状および大きさが変更された場合でも、第2部材363の形状および大きさを変更することで、第1部材361をそのまま流用することができる。その結果、第2変形例のバルブ側連結ピン360Bは、さまざまなリンク機構320(例えば、ロッド140あるいはバルブ側バネ部材170Bの種類)に適用される際のコストを低減することができる。
以上、添付図面を参照しながら本開示の実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
上記実施形態、第1変形例、および、第2変形例では、リンク機構120、220、320がウェイストゲートポート37を開閉するバルブ装置に適用される例について説明した。しかし、これに限定されず、リンク機構120、220、320は、開口を開閉する他のバルブ装置に適用することも可能である。例えば、リンク機構120、220、320は、ツインスクロール型過給機のタービンハウジングにおいて、2つのタービンスクロール流路を連通する開口を開閉するバルブ装置に適用されてもよい。リンク機構120、220、320は、例えば、タービンハウジング5の連通路29の連通開度を可変とする可変静翼機構に適用されてもよい。その場合、リンク機構120、220、320は、可変静翼機構のノズルベーンを回転させる回転構造体を作動させてもよい。
上記第2変形例のリンク機構320は、第1変形例のリンク機構220と組み合わされてもよい。すなわち、第1変形例のバルブ側連結ピン160Bの代わりに、第2変形例のバルブ側連結ピン360Bが適用されてもよい。
上記実施形態のリンク機構120と、第1変形例のリンク機構220と、第2変形例のリンク機構320とが互いに組み合わされてもよい。例えば、上記実施形態のリンク機構120において、アクチュエータ側連結ピン160Aの代わりに、第2変形例のバルブ側連結ピン360Bが適用されてもよい。
110:アクチュエータ 111:ロータ(回転体) 113:回転軸 120:リンク機構 130:回転構造体 131:回転軸 133:取付板 135:バルブ(回転体) 140:ロッド(第1リンク部材) 141A:アクチュエータ側挿通孔(第1孔) 141B:バルブ側挿通孔(第1孔) 150A:アクチュエータ側リンクプレート(第2リンク部材) 150B:バルブ側リンクプレート(第2リンク部材) 151A:ピン孔(第2孔) 151B:ピン孔(第2孔) 160A:アクチュエータ側連結ピン(連結ピン) 160B:バルブ側連結ピン(連結ピン) 161:大径部 163:中径部 165:小径部 167:大径段差面 169:小径段差面 170A:アクチュエータ側バネ部材(バネ部材) 170B:バルブ側バネ部材(バネ部材) 220:リンク機構 240:ロッド(第2リンク部材) 241B:バルブ側挿通孔(第2孔) 250B:バルブ側リンクプレート(第1リンク部材) 251B:ピン孔(第1孔) 320:リンク機構 360B:バルブ側連結ピン(連結ピン) 361:第1部材 361a:小径部 363:第2部材 363a:大径部 363b:中径部 363c:大径段差面 363d:小径段差面

Claims (6)

  1. 第1孔が形成された第1リンク部材と、
    第2孔が形成された第2リンク部材と、
    前記第1リンク部材または前記第2リンク部材に取り付けられた回転体の回転軸と、
    前記第1リンク部材と前記第2リンク部材との間に配されるバネ部材と、
    前記第1リンク部材に対し前記第2リンク部材および前記バネ部材と反対側に位置し、前記第1孔および前記第2孔の内径よりも大きい外径を有する大径部、前記大径部よりも外径が小さく、少なくとも一部が前記第1孔内に配される中径部、および、前記中径部よりも外径が小さく、少なくとも一部が前記第2孔内に配される小径部を有する連結ピンと、
    を備え
    前記バネ部材の一端が前記第1リンク部材に接触し、前記バネ部材の他端が前記第2リンク部材に接触する、
    リンク機構。
  2. 前記連結ピンは、前記中径部の外径をD1、前記大径部の外径をD2、前記D1および前記D2の差の半分をd、前記大径部の中心軸方向の高さをnとしたとき、以下の式
    1.15≦D2/D1≦2
    1.1≦n/d≦5
    を満たす、
    請求項1に記載のリンク機構。
  3. 前記連結ピンは、
    前記小径部を含む第1部材と、
    前記小径部より径方向外側に配され、前記中径部および前記大径部を含む第2部材と、により構成される、請求項1または2に記載のリンク機構。
  4. 前記第1部材の外径は、前記第2部材の内径と大凡等しい、請求項3に記載のリンク機構。
  5. 前記連結ピンの中心軸方向における前記第1リンク部材と前記第2リンク部材との隙間は、前記連結ピンの径方向における前記中径部と前記第1孔との隙間より大きい、請求項1または2に記載のリンク機構。
  6. 請求項1~のいずれか一項に記載のリンク機構を備える過給機。
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