JP2017214892A - ターボチャージャ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ターボチャージャ1は、排ガスにより回転駆動されるタービンと、タービンに流入する排ガスの流路9を形成するように互いに対向する一対の流路形成壁面2a,4aと、流路内に設けられ、流路の断面積を変えるように開度調節可能なノズルベーン8と、一対の流路形成壁面にそれぞれ対向するノズルベーンの一対の摺動面のうち少なくとも一方を少なくとも部分的に被覆する第1被覆層26a,26bと、第1被覆層に対向するように設けられ、流路形成壁面の一方を部分的に被覆する第2被覆層28a,28bとを備え、第1被覆層又は第2被覆層の少なくとも一方は固体潤滑材を含むとともに、第1被覆層又は第2被覆層の一方は第1物質を含み、他方は第1物質よりも極性が小さい第2物質を含む。
【選択図】図4
Description
この場合、エンジンからの排ガスが、ノズルベーンの翼面を迂回して、ノズルベーンと壁面との間の隙間を介してタービンに到達すると、該隙間から迂回した排ガスの持つエネルギーはタービンに伝達されず、また、タービン周辺の排ガスの流れが乱れるため、タービン効率が低下する場合がある。
このような観点から、ノズルベーンと壁面との間の隙間は狭いことが望ましい。
この点、特許文献1に記載のように、ノズルベーンと、ノズルベーンが摺動する相手側部材との間のクリアランスを埋めるようにノズルベーンの摺動面を潤滑性の被覆層を設けることで、ノズルベーンの摺動時に被覆層がすり減らされることにより、大きすぎない適度なクリアランスが形成されることが期待できる。
しかしながら、場合によっては、被覆層に含まれる潤滑材が相手側部材に凝着することがある。そうすると、ノズルベーンの摺動時に、例えば相手側部材に凝着した凝着物等によって被覆層が破壊されることによりノズルベーンと相手側部材との間の隙間が拡大し、小さなクリアランスが維持できなくなる場合がある。
エンジンからの排ガスにより回転駆動されるように構成されたタービンと、
前記タービンに流入する前記排ガスの流路を形成するように互いに対向する一対の流路形成壁面と、
前記流路内に設けられ、前記流路の断面積を変えるように開度調節可能なノズルベーンと、
前記一対の流路形成壁面にそれぞれ対向する前記ノズルベーンの一対の摺動面のうち少なくとも一方を少なくとも部分的に被覆する第1被覆層と、
前記第1被覆層に対向するように設けられ、前記流路形成壁面の少なくとも一方を少なくとも部分的に被覆する第2被覆層と、
を備え、
前記第1被覆層又は前記第2被覆層の少なくとも一方は固体潤滑材を含むとともに、
前記第1被覆層又は前記第2被覆層の一方は第1物質を含み、前記第1被覆層又は前記第2被覆層の他方は前記第1物質よりも極性が小さい第2物質を含む。
この点、上記(1)の構成では、互いに対向する第1被覆層と第2被覆層の一方は極性が比較的大きい第1物質を含み、他方は極性が比較的小さい第2物質を含む。このため、第1被覆層と第2被覆層とは親和性が低く、極性の差に起因して互いをはじくので、第1被覆層又は第2被覆層の一方に含まれる固体潤滑材が、第1被覆層又は第2被覆層の他方に凝着しにくくなる。よって、固体潤滑材の凝着後にノズルベーンが動いた際に固体潤滑材が不均一なせん断破壊を引き起こすリスクが低減され、ノズルベーンと、該ノズルベーンが摺動する流路形成壁面との間のクリアランスを小さく維持することができる。
前記第1物質は、前記第2物質よりも溶解パラメータが2.5以上大きい。
前記第1物質は、アセトニトリル、水、クロロホルム、アセトン及びメタノールからなる群から選ばれる少なくとも1種を含み、
前記第2物質は、ジオキサン、四塩化炭素、炭化水素、飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸及びグリセリンからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む。
一方、上記(5)によれば、固体潤滑材を含む第1被覆層又は第2被覆層の膜厚は500μm以下であるので、ターボチャージャの運転中における第1被覆層又は第2被覆層の剥離を抑制することができる。
一方、上記(6)の構成によれば、ノズルベーンの摺動面と、流路形成壁面との間のクリアランスは100μm以下であるので、ノズルベーンの摺動面と流路形成壁面との間の隙間へのエンジンからの排ガスの流入を十分に抑制することができ、タービン効率の低下を抑制することができる。
エンジンからの排ガスにより回転駆動されるように構成されたタービンと、
前記タービンに流入する前記排ガスの流路を形成するように互いに対向する一対の流路形成壁面と、
前記流路内に設けられ、前記流路の断面積を変えるように開度調節可能なノズルベーンと、
を備えるターボチャージャの製造方法であって、
前記一対の流路形成壁面にそれぞれ対向する前記ノズルベーンの一対の摺動面のうち少なくとも一方を少なくとも部分的に被覆する第1被覆層を形成する第1形成ステップと、
前記第1被覆層に対向するように設けられ、前記流路形成壁面の少なくとも一方を少なくとも部分的に被覆する第2被覆層を形成する第2形成ステップと、
を備え、
前記第1被覆層又は前記第2被覆層の少なくとも一方は固体潤滑材を含むとともに、
前記第1被覆層又は前記第2被覆層の一方は第1物質を含み、前記第1被覆層又は前記第2被覆層の他方は前記第1物質よりも極性が小さい第2物質を含む。
図1は、一実施形態に係るターボチャージャの回転軸方向に沿った概略断面図である。図2は、一実施形態に係るターボチャージャのタービン部分の概略断面図である。図3は、一実施形態に係る可変ノズル機構の構成を示す図である。
また、図3に示すように、ノズルサポート6の一端は、ノズルマウント2の一面2aに連結され、他端は、ノズルプレート4の一面4aが連結されている。ノズルサポート6は、回転シャフト15の周方向に沿って複数配置されている。ノズルプレート4は、ノズルサポート6によって、ノズルマウント2の一面2aから離間して支持されている。
ノズルマウント2とノズルプレート4との間には、タービンロータ12に流入する排ガスが流れる流路9が形成されている。すなわち、ノズルマウント2の一面2a及びノズルプレート4の一面4aは、排ガスの流路9を形成するように互いに対向する一対の流路形成壁面を構成する。
ドライブリング5は不図示のアクチュエータなどにより駆動されて回転可能になっている。ドライブリング5が回転すると、各レバープレート3が回転し、ノズル軸8cを介してノズルベーン8の開度(翼角)が変化するように構成されている。
このように、ノズルベーン8の開度を変化させることにより、排ガスの流路面積が変更されて排ガスのタービンロータへの流入速度が変化する。したがって、ノズルベーン8の開度を調節することにより、園児における過給圧を調節することができる。
このことについて、図5を参照して説明する。図5は、一実施形態に係るターボチャージャの運転中におけるノズルベーン及び流路形成壁面を示す図である。
なお、図5においては、図の簡略化のため、ノズルベーン8の一対の摺動面8a,8bのうち、ノズルプレート4側の摺動面8aのみが被覆層で覆われているとともに、一対の流路形成壁面を構成する一面2a,4a,のうち、ノズルプレート4の一面4aが被覆層で覆われている態様を示した。
また、例えば一実施形態では、第1被覆層が比較的極性の小さい第2物質を含むとともに、第2被覆層が比較的極性の大きい第1物質を含んでいてもよい。
溶解パラメータは、物質の極性の指標として用いられる。互いに対向する第1被覆層26a,26bと第2被覆層28a,28bを構成する第1物質と第2物質(又は第2物質と第1物質)との溶解パラメータの差が2.5以上大きければ、第1物質と第2物質の極性の差により、第1被覆層26a,26bに含まれる固体潤滑材の、第2被覆層28a,28bへの凝着を効果的に抑制して、固体潤滑材の凝着に起因する被覆層(第1被覆層26a,26b又は第2被覆層28a,28b)の破壊を効果的に抑制することができる。
窒化ホウ素は、例えば、典型的に用いられる炭素を主成分とする固体潤滑材等に比べて、比較的高温領域で良好な摺動特性を有する。このような特性を有する窒化ホウ素を固体潤滑材として用いることで、ターボチャージャ1の高温での運転時においても、ノズルベーン8の流路形成壁面(すなわちノズルマウント2の一面2a又はノズルプレート4の一面4a)に対する摺動性を維持することができる。
固体潤滑材を含む第1被覆層26a,26b又は第2被覆層28a,28bの膜厚が0.1μm以上であれば、例えば、第1被覆層26a,26b又は第2被覆層28a,28bが形成されるノズルベーン8の摺動面8a,8b又は流路形成壁面(すなわちノズルマウント2の一面2a又はノズルプレート4の一面4a)の表面に凹凸があったとしても、良好な摺動性能を発揮することができる。
固体潤滑材を含む第1被覆層26a,26b又は第2被覆層28a,28bの膜厚が500μm以下でれあば、ターボチャージャ1の運転中における第1被覆層26a,26b又は第2被覆層28a,28bの剥離を抑制することができる。
一方、上述のクリアランスが100μm以下であれば、ノズルベーン8の摺動面8a,8bと流路形成壁面(ノズルマウント2の一面2a又はノズルプレート4の一面4a)との間の隙間へのエンジンからの排ガスの流入を十分に抑制することができ、タービン効率の低下を抑制することができる。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
2 ノズルマウント
2a 一面
2b 他面
3 レバープレート
4 ノズルプレート
4a 一面
5 ドライブリング
6 ノズルサポート
8 ノズルベーン
8a,8b 摺動面
8c ノズル軸
9 流路
10 可変ノズル機構
12 タービンロータ
13 タービン
15 回転シャフト
16 タービンハウジング
18 軸受ハウジング
20 排ガス通路
22 軸受
24 排気出口
26a,26b 第1被覆層
28a,28b 第2被覆層
Claims (14)
- エンジンからの排ガスにより回転駆動されるように構成されたタービンと、
前記タービンに流入する前記排ガスの流路を形成するように互いに対向する一対の流路形成壁面と、
前記流路内に設けられ、前記流路の断面積を変えるように開度調節可能なノズルベーンと、
前記一対の流路形成壁面にそれぞれ対向する前記ノズルベーンの一対の摺動面のうち少なくとも一方を少なくとも部分的に被覆する第1被覆層と、
前記第1被覆層に対向するように設けられ、前記流路形成壁面の少なくとも一方を少なくとも部分的に被覆する第2被覆層と、
を備え、
前記第1被覆層又は前記第2被覆層の少なくとも一方は固体潤滑材を含むとともに、
前記第1被覆層又は前記第2被覆層の一方は第1物質を含み、前記第1被覆層又は前記第2被覆層の他方は前記第1物質よりも極性が小さい第2物質を含む
ことを特徴とするターボチャージャ。 - 前記第1物質は、前記第2物質よりも溶解パラメータが2.5以上大きいことを特徴とする請求項1に記載のターボチャージャ。
- 前記第1物質は、アセトニトリル、水、クロロホルム、アセトン及びメタノールからなる群から選ばれる少なくとも1種を含み、
前記第2物質は、ジオキサン、四塩化炭素、炭化水素、飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸及びグリセリンからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のターボチャージャ。 - 前記固体潤滑材は、窒化ホウ素を含むことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載のターボチャージャ。
- 前記第1被覆層又は前記第2被覆層の前記少なくとも一方の膜厚は、0.1μm以上500μm以下であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載のターボチャージャ。
- 前記ノズルベーンの一対の摺動面のうち前記少なくとも一方と、前記流路形成壁面の前記少なくとも一方との間のクリアランスは、10μm以上100μm以下であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載のターボチャージャ。
- 前記第1被覆層又は前記第2被覆層の前記少なくとも一方は、表面硬化処理された前記摺動面又は前記流路形成壁面上に設けられていることを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載のターボチャージャ。
- 前記第1被覆層又は前記第2被覆層の前記少なくとも一方は、Sn、Ag及びPbからなる群から選ばれる少なくとも1種をさらに含むことを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載のターボチャージャ。
- 前記第1被覆層又は前記第2被覆層の前記少なくとも一方は、O、S、Se及びTeからなる群から選ばれる少なくとも1種をさらに含むことを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載のターボチャージャ。
- 前記第1被覆層又は前記第2被覆層の前記少なくとも一方は、フッ素をさらに含むことを特徴とする請求項1乃至9の何れか一項に記載のターボチャージャ。
- 前記第1被覆層又は前記第2被覆層の前記少なくとも一方は、Cr、Ta、Ba、Ca及びNiからなる群から選ばれる少なくとも1種をさらに含むことを特徴とする請求項1乃至10の何れか一項に記載のターボチャージャ。
- エンジンからの排ガスにより回転駆動されるように構成されたタービンと、
前記タービンに流入する前記排ガスの流路を形成するように互いに対向する一対の流路形成壁面と、
前記流路内に設けられ、前記流路の断面積を変えるように開度調節可能なノズルベーンと、
を備えるターボチャージャの製造方法であって、
前記一対の流路形成壁面にそれぞれ対向する前記ノズルベーンの一対の摺動面のうち少なくとも一方を少なくとも部分的に被覆する第1被覆層を形成する第1形成ステップと、
前記第1被覆層に対向するように設けられ、前記流路形成壁面の少なくとも一方を少なくとも部分的に被覆する第2被覆層を形成する第2形成ステップと、
を備え、
前記第1被覆層又は前記第2被覆層の少なくとも一方は固体潤滑材を含むとともに、
前記第1被覆層又は前記第2被覆層の一方は第1物質を含み、前記第1被覆層又は前記第2被覆層の他方は前記第1物質よりも極性が小さい第2物質を含む
ことを特徴とするターボチャージャの製造方法。 - 前記第1物質又は前記第2物質の何れか一方と、前記固体潤滑材と、を含む被覆材を塗布することで、前記第1被覆層又は前記第2被覆層を形成することを特徴とする請求項12に記載のターボチャージャの製造方法。
- 前記第1物質又は前記第2物質の何れか一方と、前記固体潤滑材と、を含むメッキ液を用いてメッキ処理することにより、前記第1被覆層又は前記第2被覆層を形成することを特徴とする請求項12に記載のターボチャージャの製造方法。
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