JP3718147B2 - 内燃機関用のターボ式過給機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用のターボ式過給機に係り、特に、タービン翼およびコンプレッサ翼を一体化してなる回転軸の軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に内燃機関用のターボ式過給機は、排気ガスのエネルギーにより駆動するもので、回転軸（駆動軸）の軸受ハウジングを挟んでタービンハウジングとコンプレッサハウジングが配置されている。
【０００３】
回転軸の一端には、内燃機関の排気ガスの圧力及び温度エネルギーを受けて回転駆動するタービン翼が配設され、他端に、前記タービン翼の動力により回転しその回転遠心力により空気を圧縮して過給圧を作るコンプレッサ翼が配設される。
【０００４】
排気タービンの回転軸（過給機の回転軸）のラジアル軸受は、高速回転及び軸振動に耐えられるものが使用され、最適なものとしてフローティングメタル（浮動軸受）が使用されている。
【０００５】
上記ラジアル軸受（フローティングメタル）は、軸受内周と回転軸の外周間、及び軸受外周と軸受箱内周間に適正クリアランスが設定され、該クリアランスにエンジンオイルが供給され、このエンジンオイルの油膜により回転軸を浮動状態で支持している。
【０００６】
これらのラジアル軸受は、特開平６-４２３６１号公報、特開平１１―３６８７８号公報に記載されている。
【０００７】
また、過給機用のスラスト軸受は、同公報にも記載されている如く、タービン側より比較的距離を隔てたコンプレッサ側の軸受箱端面に当接されて構成されていることが多い。
【０００８】
具体的には、内燃機関用過給機の軸受箱には、内燃機関本体の潤滑油経路より分岐された配管が接続されることで、内燃機関の各軸受部と同様にエンジンオイルが供給される。
【０００９】
軸受箱に供給されたエンジンオイルは、各々のオイル通路を経由してラジアル軸受の内周周りに形成した環状隙間，外周周りに形成した環状隙間部及びスラスト軸受の左右の各側面に形成した隙間部に圧送され、各々の隙間に最適な油膜を構成する。それによって、回転軸の高速回転時に発生する軸振動を抑え込む制振作用を発揮し、１０００００ｒｐｍ／min以上で回転する回転軸の安定した状態を維持している。
【００１０】
過給機用のラジアル軸受は、２個使用されるタイプのものと１個だけ使用されるタイプのものがある。前者は、ラジアル軸受を回転軸のタービン翼側とコンプレッサ翼側とに分けて配置し、後者は回転軸の中央部に比較的軸方向に長く構成されたスリーブ状をなして配置される。また、ラジアル軸受自身の回転は規制されているタイプと回転軸の回転に起因してラジアル軸受自身も回転駆動するタイプの２種類ある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
近年の内燃機関用過給機のラジアル、スラスト両軸受は、銅系の合金材質が使用されている。ＣＡＣ６０３に代表される鉛青銅鋳物やこれらに相当する焼結材、さらには、Ｃｕ：７０％程度の黄銅系合金がその主流である。
【００１２】
これらの軸受は、オイル冷却を配慮しない場合には、エンジンオイルが非常に高温となり、高温環境中において、エンジンオイル中のＳ分のアタックを受け、黒色に腐食することが知られている。軸受表面に発生した黒色の腐食生成物は、剥離摩耗が容易に発生し、やがて軸受部に異常摩耗をきたすことになる。
【００１３】
特にターボ（排気タービン）式過給機は、排気ガスの熱エネルギーを利用するために、高温となり、内燃機関の高速、高負荷運転直後の高温エンジンルーム内雰囲気では、タービン側ラジアル軸受で２５０℃程度、スラスト軸受部で１８０℃程度まで温度上昇し、上記黒色腐食が発生する高温環境になる。
【００１４】
これら銅系の合金材質に発生する黒色の腐食生成物を抑制するためには、Ｃｕ：６０％程度の黄銅系合金材質を用いると効果が発揮される。
【００１５】
しかし、一般の黄銅系合金材質は、被削性に優れている反面この被削性が耐摩耗性を著しく低下させている。したがって、排気タービン式過給機用の軸受として使用する場合には、高速回転軸の軸振動やエンジンオイル中に浮遊する金属コンタミネーション等の外乱により比較的短時間で異常摩耗に至るという課題があり、現状では、その使用が困難であった。
【００１６】
本発明の目的は、高温オイル環境下でも黒色の腐食生成物の発生がなく、耐摩耗性に優れた軸受構造により耐久性に優れた排気タービン式過給機を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、基本的には、内燃機関用のターボ式過給機において、該過給機の回転軸を支持するラジアル軸受をＣｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉを主成分とする銅合金によって構成した。
【００１８】
上記構成によれば、主成分がＣｕ、Ｚｎよりなる一般的な六四黄銅系の基本的合金成分を維持することで、高温エンジンオイル環境下で発生する黒色の腐食生成物を抑制することができ、しかも、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉを添加することによって合金の硬度を上昇させ、高速回転するターボ式過給機の回転軸の耐磨耗性も向上させることができる。
【００１９】
例えば、本発明に係るターボ式過給機は、Ｃｕが５４〜６４重量％、Ｓｉが０．２〜３．０重量％、Ｍｎが０．２〜７．０重量％、Ａｌが０．５〜３．５重量％、残りの成分が実質Ｚｎである黄銅系合金のラジアル軸受を設けて成る。
【００２０】
上記構成において、過給機の回転軸を支持するラジアル軸受（フローティングメタル）は、黄銅系生地に硬質相としてＭｎ−Ｓｉ系化合物を晶出させるが、この晶出化合物は、回転軸の耐磨耗性を向上する要素となる。
【００２１】
また、より効果的な耐摩耗性を発揮させるため、前記Ｍｎ−Ｓｉ化合物を、ラジアル軸受の軸方向に伸長する如く分散させた構成としている（詳細は以下の実施の形態の項で説明する）。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施例に係る内燃機関用のターボ式過給機の構造を示す断面図である。
【００２４】
過給機本体は、軸受箱（軸受ハウジング）１２、タービンハウジング２、コンプレッサハウジング８よりなり、軸受箱１２の両側にタービンハウジング２およびコンプレッサハウジング８が配置されている。
【００２５】
回転軸３は、軸受箱１２内に配設した２個のラジアル軸受１０及び１個のスラスト軸受１１により支持され、その一端には、タービン翼１が取付けられ、他端に、コンプレッサ翼５が取付けられている。
【００２６】
回転軸３のラジアル方向の回転を支持するラジアル軸受１０は、高速回転及び軸振動に耐えられるものとして、エンジンオイルを利用したフローティングメタルが使用されている。また、スラスト軸受１１もその左右の側面にエンジンオイルを導入して油膜が形成されるようにしてある。これらの軸受１０の構造および材質については、後述する。
【００２７】
内燃機関の各気筒より排出された排気ガスは、内燃機関側に配設された排気管（図示せず）によって集合されて、タービンハウジング２に導入される。タービン翼１は回転軸３と一体に接合されて、タービンハウジング２の中央部に位置する。コンプレッサ翼５は、回転軸３の一端に形成した雄ねじとロックナット６の嵌合によって回転軸３に一体に締結されている。タービン翼１と回転軸３とは、例えば摩擦圧接等によって一体化される。
【００２８】
回転軸３のスラスト方向の動きを規制するスラスト軸受１１は、軸受箱１２の一端でコンプレッサに近い方に設けられている。
【００２９】
スラスト軸受１１に係合するスラスト軸受対応のカラー（スラストカラー）４は、回転軸３にコンプレッサ翼５と共に挿入され上記したロックナット６の締め付けにより回転軸３に固定されている。
【００３０】
タービンハウジング２に導入された排気ガスの圧力および温度エネルギーによってタービン翼１が高速回転すると、タービン翼１と一体化された回転軸３、スラストカラー４、コンプレッサ翼５が同様に高速回転する。
【００３１】
コンプレッサのスクロール通路９は、ハウジング８及びその背板７により構成される。コンプレッサ翼５の回転により、スクロール通路９に圧縮空気を発生させ、内燃機関の吸気通路内へと圧送する。
【００３２】
ここで、ラジアル軸受１０およびスラスト軸受１１の構成について説明する。
【００３３】
本実施例のラジアル軸受１０は、軸受箱１２の両端に近い位置に配置されたフルフロート式である。
【００３４】
軸受箱１２には、エンジンオイルを導入する通路１３と、それに通じるオイル通路１３ｃと、オイル通路１３ｃより分岐された通路１３ａ、１３ｂとが形成されており、これらの通路を介して内燃機関のエンジンオイルがラジアル軸受１０及びスラスト軸受１１に供給されている。
【００３５】
図２、図３は、ラジアル軸受１０及びスラスト軸受１１付近の拡大図である。
【００３６】
図２はタービン側のラジアル軸受１０の取付け構造を示す断面図、図３はコンプレッサ側のラジアル軸受１０およびスラスト軸受１１の取付け構造を示す断面図である。
【００３７】
図２に示すように、軸受箱１２の内周部（回転軸を通す穴の内周）１２ａに２条の環状溝１２ｂを設けて、この溝１２ｂにラジアル軸受１０の軸方向の動きを規制するストッパリング１４が２個挿入固定されている。このストッパリング１４間にタービン側のラジアル軸受１０が設けられている。一方、コンプレッサ側のラジアル軸受１０は、軸受内周に挿入固定したストッパリング１４′とスラストカラー４との間に配置されている。
【００３８】
これらのラジアル軸受１０は、軸受の内周，外周がいずれも油膜により支持されるフルフローティングメタルである。したがって、リング状のメタルに、その内外周に通じるオイル通し穴（オリフィス）１０ａを周方向に等間隔で複数配設されている。軸受箱１２の内周部１２ａとラジアル軸受１０の外周部との間、及び、ラジアル軸受１０の内周部と回転軸３の外周部との間には、適正なクリアランスが設定されている。
【００３９】
タービン側のラジアル軸受１０の外周（クリアランス）には、オイル通路１３ａによってエンジンオイルが圧送されており、このエンジンオイルは、軸受１０に設けた小孔１０ａによって、ラジアル軸受１０の内周（クリアランス）にも供給される。同様に、コンプレッサ側のラジアル軸受１０の外周及び内周には、オイル通路１３ｂ及び軸受に設けた小孔１０ａによりエンジンオイルが供給される。
【００４０】
従って、軸受箱１２の内周１２ａとラジアル軸受１０の外周、ラジアル軸受１０の内周と回転軸３の外周との間の適正クリアランス部には、所要の油膜が確保され、回転軸３の高速駆動に対する制振作用等が十分に発揮される構造となっており、安定した高速回転運動を維持可能としている。
【００４１】
図３に示したスラスト軸受部についてもラジアル軸受１０と同様のエンジンオイル供給が行われる。
【００４２】
一般に軸受箱１２の端面にねじ等によって固定されるスラスト軸受１１には、給油通路１１ａ及び給油孔１１ｂ、１１ｃが形成されている。給油通路１１ａは、軸受箱１２のオイル通路１３ｃと連通し、ラジアル軸受１０と同様エンジンオイルが供給されている。
【００４３】
給油通路１１ａに供給されたエンジンオイルは、給油孔１１ｂおよび１１ｃによって、スラスト軸受１１の両側面１１ｄ、１１ｅに確保される適正クリアランスに圧送され、またスラスト軸受とスラストカラー４のフランジ部４ａ，４ｂ間に確保される適正クリアランス間に圧送されている。
【００４４】
それにより、これらのクリアランスに所要厚さの油膜が確保され、回転軸３の高速回転を支持すると共に、急加減速駆動に対するスラスト方向の制振作用等が十分に発揮される構造となっており、安定した高速回転運動を維持している。
【００４５】
以上の構造において、軸受部が最も温度的に苛酷な環境下となる運転モードについて説明する。
【００４６】
内燃機関運転中は、各々の軸受部に、内燃機関の潤滑油経路から分岐されたエンジンオイルが供給されているため、ラジアル軸受１０及びスラスト軸受１１の温度環境は、エンジンオイルの温度が支配的となり、一般的な市街地走行時には１００℃前後、高速走行及び連続的な登坂走行においても１５０℃程度である。
【００４７】
ところが、高速走行及び連続的な登坂走行後の停車モードにおいては、走行中の排気ガスによって蓄熱されたタービンハウジング２からの熱放射及び熱伝達を受け、内燃機関停止後に運転中以上の温度環境となるヒートソークバック現象が発生し、タービン側ラジアル軸受１０部で２５０℃程度、スラスト軸受１１部で１８０℃程度まで上昇する。
【００４８】
内燃機関停止状態においても、ラジアル軸受１０の内外周、スラスト軸受１１の両端面に設定された適正クリアランス部には、エンジンオイルが残存している。ラジアル軸受１０及びスラスト軸受１１を従来材質で構成した場合には、ヒートソークバック現象発生時の高温環境下において何らの対処（例えば冷却手段）が施されていなければ、高温エンジンオイルのアタックを受け比較的容易に黒色の腐食生成物が発生する。
【００４９】
本実施例では、上記のような高温エンジンオイル環境の下でも十分な耐腐食性および耐磨耗性を図り得る軸受を有する過給機を提案するものである。本発明者らは、上記高温エンジンオイル環境の下でも十分に使用に耐えられるターボ式過給機の軸受を試行錯誤した結果、ラジアル軸受をＣｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉを主成分とする銅合金であればよいとの知見を得て、そのような銅合金で構成したものである。
【００５０】
この種過給機の軸受材質について、種々検討し、それらの材質について高温（１８０℃、２５０℃の温度）エンジンオイル中で耐腐食性試験を行った結果の評価について述べる。
【００５１】
本事例で取り上げる材質を図５に示す。
【００５２】
図５の材質Ａ、Ｂは、従来技術下でターボ式過給機用軸受として一般的に採用されていたものであり、材質Ａは黄銅系合金（Ｃｕ：７０重量％、Ｐｂ：６．５２重量％、Ｆｅ：０．１重量％以下、残りがＺｎ）、材質Ｂは鉛青銅（Ｃｕ：７８．２重量％、Ｐｂ：１０．５重量％、Ｆｅ：０．１１重量％、Ｚｎ：０．８３重量％、残りがＳｎ）である。材質Ｃ，Ｄは軸受材として検討した試験品（Ｃｕ：６０％程度の一般的な黄銅材）であるが、耐磨耗性能が劣ることから採用に至らなかった材質で、いずれも黒色の腐食生成物発生防止効果のある黄銅系合金である。材質Ｃは、Ｃｕ：６０．８重量％、Ｐｂ：０．１重量％以下、Ｆｅ：０．１重量％以下、残りがＺｎである。材質Ｄは、Ｃｕ：６０．２重量％、Ｐｂ：１．３０重量％、Ｆｅ：０．１重量％以下、残りがＺｎである。
【００５３】
材質Ｅ、Ｆは、黒色の腐食生成物発生防止及び耐摩耗性向上を目的とした本発明品である。材質Ｅは、Ｃｕ：６２．１重量％、Ａｌ：３．０５重量％、Ｍｎ：３．１６重量％、Ｓｉ：０．９２重量％、Ｐｂ：０．２重量％以下、残りがＺｎよりなる黄銅系合金である。このような黄銅系合金そのものは、ＹＺ６（大同メタル製）として知られているが、従来のターボ式過給機の軸受としては未知の材質であった。また、材質Ｆは、Ｃｕ：５８．３重量％、Ａｌ：０．６９重量％、Ｍｎ：３．７２重量％、Ｓｉ：１．４６重量％、残りがＺｎよりなる黄銅系合金である。このような黄銅系合金そのものは、ＳＡＭ２１４（日立製作所製）として知られているが、従来のターボ式過給機の軸受としては未知の材質であった。
【００５４】
本発明の実施例である材質Ｅの過給機用軸受については、被削性改善を目的として若干のＰｂ（≦０．２％）を添加しているが、Ｂｉ等の耐環境性を考慮した被削性向上元素を添加しても、同様の効果が得られる。
【００５５】
図９から図１９に、高温オイルに各試料を浸漬する前（新品）と所定時間浸漬した後の評価試験を行った外観写真図を示す。
【００５６】
図９は、図１のラジアル軸受１０を材質Ａにより構成し、その軸受の高温オイル浸漬前の新品状態を平面図としてみた外観写真図である。試料は二つ提供されている。写真の下側に見えるのは目盛である。図９のラジアル軸受１０は、光沢の陰影の関係で一部黒くなって見える部分もあるが、実際には軸受全体が黄銅系合金特有の光沢をもって輝いているものである。
【００５７】
図１０は、図９のラジアル軸受（材質Ａ）について、１８０℃オイル中に４８時間浸漬後の外観写真図である。本試料の場合には、１８０℃オイル中４８時間浸漬後に、全面黒色の腐食生成物が発生しており、局部的な表面剥離が発生している。
【００５８】
図１１は、図１のスラスト軸受１１を材質Ｂにより構成し、その軸受の高温オイル浸漬前の新品状態を平面図としてみた外観写真図である。試料は二つ提供されている。図１１のスラスト軸受１１は、光沢の陰影の関係で一部黒くなって見える部分もあるが、実際には軸受全体が青銅系合金特有の光沢をもって輝いているものである。
【００５９】
図１２は、図１１のスラスト軸受（材質Ｂ）について、１８０℃オイル中に４８時間浸漬後の外観写真図である。本試料の場合にも、図１０同様に、１８０℃オイル中４８時間浸漬後に、全面黒色の腐食生成物が発生している。また、局部的な表面剥離が発生している。
【００６０】
図１３は、過給機用の軸受の候補としてあげられた材質Ｃの材料ブロックについて高温オイル浸漬前（新品状態）を平面図として示す外観写真図である。本図も光沢の陰影の関係で一部黒くなって見える部分もあるが、実際には全体が黄銅系合金特有の光沢をもって輝いているものである。図１４は、上記材質Ｃの材料ブロックについて１８０℃オイル中４８時間浸漬後の外観写真図を示すものである。この場合には、浸漬評価後においても黒色の腐食生成物は発生しておらず、高温エンジンオイル環境下に対する耐腐食性については、従来技術下の材質Ａ、材質Ｂに比較し大幅な改善効果が見られている。しかし、本材質は、一般的な黄銅材であり、後述する耐摩耗性に関して優れた効果は期待できない。特に、急加減速運転や内燃機関から供給されるエンジンオイル中のコンタミネーション等軽度の苛酷環境下において急速な軸受摩耗が発生することが確認された。
【００６１】
図１５は、過給機用の軸受の候補としてあげられた材質Ｄの材料ブロックについて高温オイル浸漬前（新品状態）を平面図として示す外観写真図である。本図も光沢の陰影の関係で一部黒くなって見える部分もあるが、実際には全体が黄銅系合金特有の光沢をもって輝いているものである。図１６は、上記材質Ｄの材料ブロックについて１８０℃オイル中４８時間浸漬後の外観写真図を示すものである。この場合にも、材質Ｃ同様に浸漬評価後においても黒色の腐食生成物は発生しておらず、耐腐食性については大幅な改善効果が見られている。しかし、耐摩耗性に関して優れた効果は期待できない。
【００６２】
図１７は、図１のラジアル軸受１０を材質Ｅにより構成し、その軸受の高温オイル浸漬前の新品状態を平面図としてみた外観写真図である。図１７のラジアル軸受１０は、光沢の陰影の関係で一部黒くなって見える部分もあるが、実際には軸受全体が黄銅系合金特有の光沢をもって輝いているものである。
【００６３】
図１８は、図１７のラジアル軸受（材質Ｅ）について、２５０℃オイル中に４８時間浸漬後の外観写真図である。
【００６４】
図１９は、図１に用いるラジアル軸受について材質Ｆを用いたもので、２５０℃オイル中に４８時間浸漬後のラジアル軸受を斜視的にみた外観写真図である。本図も、光沢の陰影の関係で一部黒くなって見える部分もあるが、実際には軸受全体が黄銅系合金特有の光沢をもって輝いているものである。
【００６５】
材質Ｅ、Ｆの試験では、浸漬オイルの温度を２５０℃に上昇させているが、黒色の腐食生成物は発生していない。すなわち、本発明の過給機軸受構造によれば、高温エンジンオイル環境下に対する耐腐食性については、一般的な黄銅材である材質Ｃ、材質Ｄと同様に、従来の材質Ａ、材質Ｂに比較して大幅な改善効果が見られた。なお、この耐腐食性の効果には、Ｃｕとｚｎの元素が大きく貢献する。
【００６６】
以上、各々の材質について、浸漬評価前後の重量変化を比較してみる。各々供試品の初期重量が異なるため、図７に示すように、浸漬評価前後の重量変化を初期重量で割った比率について材質Ｆを１．０（基準）とし各々を比較している。
【００６７】
高温オイル浸漬前後の重量変化比較においても、従来技術下のＡ材、Ｂ材に比較して、一般的な黄銅材である材質Ｃ、材質Ｄおよび本発明の一実施例である材質Ｅ、材質Ｆは大幅な改善が見られており、特に、本発明の一実施例である材質Ｅ、材質Ｆと従来技術下のＡ材、Ｂ材との比較においては、約１／４６から１／１０６５に改善されている。
【００６８】
以上の如く、耐腐食性に対する相対比較においては、（材質Ｃ、材質Ｄ、材質Ｅ、材質Ｆ）≫材質Ａ＞材質Ｂの順に優れた特性があることが判明した。
【００６９】
図４は、本発明の一実施例であるＣｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉを主成分とする銅合金材（ターボ式過給機用軸受）１０，１１の断面組織であり、径方向及び軸方向の断面組織を示す。
【００７０】
図４に示すように、軸受１０，１１には、Ｃｕ−Ｚｎ系、つまり、黄銅系の生地組織に対して、微細なＭｎ−Ｓｉ系化合物（珪化マンガン）２０が晶出分散されている。Ｍｎ−Ｓｉ系化合物は、軸受を成形する前に予め引き抜きや圧延などにより伸黄銅加工を施すことで、図４の軸方向断面組織に顕著に見られる如く、Ｍｎ−Ｓｉ系化合物２０が合金材の軸方向（引抜き及び圧延方向）に伸長されている。ＡｌはＭｎ−Ｓｉのつなぎとして機能する。Ｍｎ−Ｓｉ系化合物２０及びＡｌが耐磨耗に貢献する。
【００７１】
ここで、過給機用軸受材に要求される耐磨耗性について説明する。耐磨耗性は、上記した高温オイル中での耐腐食性と同様に重要な特性である。
【００７２】
図８に、同一形状試料により相対比較した摩耗評価結果（評価荷重条件、評価時間も同一）を示す。評価速度としては、比較的低速と高速の２種類について示している。また、摩耗量については、単位摺動距離あたりの摩耗量μｍ／ｍで比較している。
【００７３】
本発明の実施例である材質Ｆの摩耗量を１．０（基準）とし、上記した６種類の材質について摩耗量を相対比較してみると、耐磨耗性は、材質Ｆ＞材質Ｅ＞材質Ａ＞材質Ｂ＞材質Ｃ＞材質Ｄの順に優れた特性があることが判明した。
【００７４】
本実施例に係る材質Ｅ、Ｆによる過給機用軸受は、従来技術下のＡ材、Ｂ材及び耐腐食性に優れていた一般的な黄銅材である材質Ｃ、材質Ｂに対して、その摩耗量が１／１０以下であることがわかる。
【００７５】
図７の耐腐食性比較、図８の耐磨耗性比較結果において、各々の判定欄に記号で示したが、◎印が両特性上の判定において極めて良好な結果を得られたものを示し、◎印が付けられる材質は、本発明の実施例である材質Ｅ、材質Ｆであり、好適な軸受材の供給が可能である。
【００７６】
また、最も耐摩耗性に優れた銅合金材であるＣｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉを主成分とする材質Ｅ、材質Ｆについて、合金中に晶出されているＭｎ−Ｓｉ系化合物の方向性に着目した耐摩耗性比較結果を図６に示す。
【００７７】
耐磨耗試験の結果、軸受材の摺動方向に対して、合金中に晶出されているＭｎ−Ｓｉ系化合物２０の方向性は、該軸受材の耐摩耗性を大きく左右することが判明した。図４においては、▲１▼Ｍｎ−Ｓｎ系化合物２０の直径方向に対して直角な摺動、▲２▼上記化合物２０の長手方向に対して平行な摺動、▲３▼上記化合物２０の長手方向に対して直角な摺動を軸受材に与えた場合の耐摩耗性比較例を示す。この耐磨耗試験は、軸受材の相手材として機械構造用炭素鋼鋼材Ｓ４５Ｃを用い、摺動速度０．２ｍ／sec、押付け面圧４９ＭＰa、タービン油潤滑条件下での評価例である。
【００７８】
Ｍｎ−Ｓｉ系化合物２０の長手方向に対して直角方向に摺動する場合（▲３▼の場合）が最も優れた耐摩耗性を示している。その軸受材の摩耗量を１．０（基準）とすると、Ｍｎ−Ｓｉ系化合物２０の長手方向に対して平行方向の摺動（▲２▼の場合）、及びＭｎ-Ｓｉ系化合物２０の径方向に対して直角方向の摺動（▲１▼の場合）については、摩耗量が４．５〜６．８倍に増加している。これは、▲１▼，▲２▼の場合は▲３▼の場合に比べてＭｎ-Ｓｉ系化合物２０自体の脱落が生じる割合が大きくなり、Ｍｎ-Ｓｉ系化合物２０は硬質相であるため、その脱落したものにより研磨材作用が発生するためである。
【００７９】
Ｍｎ-Ｓｉ系化合物２０の脱落については、相手材の摩耗も増加させ機械構造物としての性能不具合につながることより、軸受材の摺動方向とＭｎ−Ｓｉ系化合物２０の方向性を最良の組み合わせに合致させることが重要である。また、合金の素地を強化（例えばＡｌを添加）することにより、Ｍｎ-Ｓｉ系化合物２０の脱落を抑制することが可能であり、硬質相保持と耐荷重性向上に対して効果を発揮する。
【００８０】
以上、耐腐食、耐摩耗の両特性に優れた銅合金材は材質Ｅ、材質Ｆである。なお、その成分の範囲は、Ｃｕが５４〜６４重量％、Ｓｉが０．２〜３．０重量％、Ｍｎが０．２〜７．０重量％、Ａｌが０．５〜３．５重量％、残りの成分が実質Ｚｎである黄銅系合金であれば、高温オイル環境下のターボ式過給機用軸受の耐腐食、耐磨耗を図ることができる。
【００８１】
さらに、合金材中に晶出されるＭｎ−Ｓｉ系化合物の伸長方向を、ラジアル軸受及びスラスト軸受の各々所要の方向と一致させ内燃機関用過給機の軸受材として採用することによって、大幅な耐久性向上を図ることが可能である。Ｍｎ−Ｓｉ系化合物の伸長方向は、ラジアル軸受については回転軸の軸方向に、スラスト軸受については回転軸の軸直角方向に配設する。
【００８２】
なお、上記実施例では、ラジアル軸受を２個使用するものを例示したが、その数に限定されるものではなく、例えば比較的長いスリーブ状のラジアル軸受を１個使用するものであっても本発明を適用することが可能である。
【００８３】
【発明の効果】
本実施例によれば、ターボ式過給機において、内燃機関急停止時等の高温オイル環境下でも黒色の腐食生成物の発生がなく耐摩耗性に優れた軸受構造を提供でき、耐久性に優れた過給機の供給が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関用のターボ式過給機の構造を示す断面図。
【図２】図１に示すターボ式過給機のタービン側のラジアル軸受１０の取付け構造を示す部分拡大断面図。
【図３】図１に示すターボ式過給機のコンプレッサ側のラジアル軸受１０およびスラスト軸受１１の取付け構造を示す断面図図。
【図４】本発明の軸受部材に晶出されたＭｎ−Ｓｉ系化合物の径方向断面組織、および軸方向断面組織を示す顕微鏡観察図。
【図５】本発明の一実施例に係る過給機用軸受部材の組成例と比較例の組成例を示す図。
【図６】軸受部材に晶出されたＭｎ−Ｓｉ系化合物と摺動方向と磨耗量の関係を示す説明図。
【図７】本発明の一実施例に係る過給機用軸受部材と比較例との耐腐食評価を示す説明図。
【図８】本発明の一実施例に係る過給機用軸受部材と比較例との耐磨耗評価を示す説明図。
【図９】図５に示す材質Ａ（従来のターボ式過給機用ラジアル軸受）の高温オイル浸漬前の新品状態を示す外観写真図。
【図１０】材質Ａの１８０℃オイル中４８時間浸漬後の状態を示す外観写真図。
【図１１】図５に示す材質Ｂ（従来のターボ式過給機用スラスト軸受）の高温オイル浸漬前の新品状態を示す外観写真図。
【図１２】材質Ｂの１８０℃オイル中４８時間浸漬後の状態を示す外観写真図。
【図１３】図５に示す材質Ｃの高温オイル浸漬前の新品状態を示す外観写真図。
【図１４】材質Ｃの１８０℃オイル中４８時間浸漬後の状態を示す外観写真図。
【図１５】図５に示す材質Ｄの高温オイル浸漬前の新品状態を示す外観写真図。
【図１６】材質Ｄの１８０℃オイル中４８時間浸漬後の状態を示す外観写真図。
【図１７】図５の材質Ｅ（本発明品に係るターボ式過給機用ラジアル軸受）の高温オイル浸漬前の新品状態を示す外観写真図。
【図１８】材質Ｅの２５０℃オイル中４８時間浸漬後の状態を示す外観写真図。
【図１９】図５に示す材質Ｆ（本発明品に係るターボ式過給機用ラジアル軸受）の２５０℃オイル中４８時間浸漬後の状態を示す外観写真図。
【符号の説明】
１…タービン翼、２…タービンハウジング、３…回転軸、５…コンプレッサ翼、１０…ラジアル軸受、１１…スラスト軸受、１２…軸受箱、２０…Ｍｎ-Ｓｉ系化合物。

Claims (5)

1. 内燃機関用のターボ式過給機において、該過給機の回転軸を支持するラジアル軸受が黄銅系生地にＭｎ−Ｓｉ系化合物を晶出させた黄銅系合金よりなり、前記ラジアル軸受に晶出するＭｎ−Ｓｉ系化合物は、前記回転軸の軸方向に伸張して分散する構造をなしていることを特徴とする内燃機関用のターボ式過給機。
2. 前記ラジアル軸受は、フローティングメタルにより構成されている請求項１記載の内燃機関用のターボ式過給機。
3. 前記回転軸のスラスト方向の動きを規制するスラスト軸受を備え、前記スラスト軸受も前記ラジアル軸受と同材質により構成され、該スラスト軸受の黄銅系生地に晶出させたＭｎ−Ｓｉ系化合物が、回転軸の軸直角方向に伸張して分散する構造をなしている請求項１又は２記載の内燃機関用のターボ式過給機。
4. 前記ラジアル軸受は、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉを主成分とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の内燃機関用のターボ式過給機。
5. 前記ラジアル軸受は、Ｃｕが５４〜６４重量％、Ｓｉが０．２〜３．０重量％、Ｍｎが０．２〜７．０重量％、Ａｌが０．５〜３．５重量パーセント、残りの成分が実質Ｚｎである請求項１ないし４のいずれか１項記載の内燃機関用のターボ式過給機。

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