JPH01142215A

JPH01142215A - 内燃機関用過給機

Info

Publication number: JPH01142215A
Application number: JP62300698A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Michioka; 博文道岡; Yoshio Fuwa; 良雄不破; Shinji Kato; 愼治加藤; Masataka Kaido; 昌孝海道; Kenji Ueno; 賢治植野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1987-11-28
Filing date: 1987-11-28
Publication date: 1989-06-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、内燃機関用過給機に関する。

（従来の技術）内燃機関用過給機においては、一般にタービン翼及びコ
ンプレッサー翼、並びにそれらを結合するスチール類の
シャフトが鋳鉄製のケーシング内に収められており、該
シャフトは、銅系合金製のフローティングベアリング（
以下、ベアリングという）を介してケーシングに対して
回転自在に支承されている。また、該ベアリング部分に
は、ケーシングに設けられた油路より、潤滑剤としての
鉱物油が供給されている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、熱負荷の厳しい条件下、例えばデッドソ
ータ時、即ちタービン翼が高温で使用された直後にエン
ジンが停止された時には、タービン翼からの熱がシャフ
トを伝わり、油路から供給された鉱物油が２、激に高温
となるため、コーキング（炭化）が生じて、ベアリング
の回りに付着することがある。特に、従来使用されてい
るＰｂ青青銅金合金例えばＰｂ７重量％、Ｓ’ｎ７重量
％及び残部Ｃｕよりなる合金製のベアリングでは、鉱物
油中の硫黄と、Ｃｕ合金中のＣｕとが反応して硫化銅が
生じるという黒化現象が起きる。これにより、ベアリン
グ及びシャフトに異常摩耗が生じるという問題がある。

また、コーキングが生じた状態で、再びタービン翼が回
転を始めると、油膜切れの状態となるため、シャフトと
ベアリング間で焼付きが生じる場合もある。

特に、ディーゼル機関用過給機の場合は排気温度が非常
に高いこと、また、乗用車に使用される場合が多いため
走行距離に対して発停回数が非常に多くなり、ドライア
ップ運転となることが多いことから、上記のようなコー
キングによる摩耗及び焼付きの問題が起こりやすい。

特開昭６０−１６２７４２号には、Ｃｕ５７．０〜６１
．０％、Ｐ　ｂ２．５〜３．５％、Ｆｅ０．５％以下、
Ｓｎ＋Ｆｅ　１．０％以下、及び残部ＺｎからなるＣｕ
合金により形成されたフローティングベアリングを使用
することにより、耐摩耗性及、び耐焼付き性の改善され
た内燃機関用過給機が開示されているが、特に熱負荷の
高い条件下で使用するためには、さらに高い耐摩耗性及
び耐焼付き性が望まれている。

また、近年では、熱効率の向上、燃費の向上による排ガ
スの高温化にともない、上記のような問題がより深刻と
なるため、タービン翼、シャフト、フローティングベア
リング等をセラミックス化することも試みられている。

本発明は、内燃機関用過給機において、潤滑油のコーキ
ングにより生じる、シャフト及びベアリングの摩耗、焼
き付き等を防止することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）上記の目的を達成するために、本発明の内燃機関用過給
機は、タービン翼とコンプレッサー翼とを結合するシャ
フトと、ケーシングとの間に’ｍ嵌され、該シャフトを
回転自在に支承するフローティングベアリングが、カー
ボン繊維／カーボンコンポジットよりなることを特徴と
する。

カーボン繊維／カーボンコンポジット（以下、Ｃ／Ｃコ
ンポジットという）は、炭素をマトリックスとし、炭素
繊維を強化用繊維とする繊維強化炭素材料であり、炭素
繊維に樹脂を含浸した後に成形し、これを炭化し、その
後所望によっては高密度化及び黒鉛化を行なうことによ
り製造される。

本発明のＣ／Ｃコンポジット製のフローティングベアリ
ング（以下、ベアリングという）は、例えば下記の方法
により製造される。

まず、縦横２方向の炭素繊維により織られた織物を筒状
に積層して、これにフェノール樹脂を含浸させた後、該
樹脂を硬化させて成形体を得る。その後、該成形体を不
活性ガス雰囲気下、８００°Ｃ−１５００°Ｃで加熱す
ることにより炭化して、Ｃ／Ｃコンポジット製のベアリ
ングを得る。これを高密度化し、その後黒鉛化し、所望
によっては再度高密度化及び黒鉛化を行なう。

高密度化は、樹脂の再含浸・炭化を２〜３回繰り返すこ
とにより、また、ＣＶＤ　（化学蒸着）処理を施すこと
により行われる。

黒鉛化は、不活性ガス雰囲気下、さらに高温、例えば２
０００〜３０００″Ｃで加熱することにより行われる。

上記方法により得られたベアリングにおいては、シャフ
トとの接触面となる面に、該面に対して水平に２方向、
即ち互いに直角となる方向に炭素繊維が配向するように
なる（ＤＰ力方向。

上記方法において、炭素繊維を積層する際の配向を変え
ること以外は同様の操作を行なうことにより、下記に示
すような種々のベアリングを製造することができる。

例えば、シャフトとの摺動面において、炭素繊維が、該
面に対して水平に１方向に配向するような（Ｐ方向）ベ
アリングを製造することができる。

また、炭素繊維が、シャフトとの摺動面に対して垂直と
なるような（Ｎ方向）ベアリングを製造することもでき
る。

さらに、摺動面において、炭素繊維の配向が不規則的に
多方向となるようなベアリングを製造することもできる
。

本発明の内燃機関用過給機においては、上記のように、
炭素繊維の配向の異なる種々のベアリングを使用するこ
とができる。しかしながら、耐久性、耐摩耗性、耐焼付
性の点から見れば、炭素繊維をＤＰ力方向配向したベア
リングを使用するのが好ましい。

また、より好ましくは、上記のシャフトは、セラミック
スよりなるか、またはフローティングベアリングとの摺
動面にセラミックス溶射が施された材料よりなる。セラ
ミックスとしては、例えばアルミナ、ジルコニア、炭化
ケイ素、窒化ケイ素等が挙げられる。

（作用）本発明の内燃機関用過給機は、フローティングベアリン
グがＣ／Ｃコンポジットよりなるため、潤滑油がコーキ
ングした場合でも、フローティングベアリング及びシャ
フ、トの耐摩耗性及び耐焼付性が著しく向上する。

（実施例）実施例１：第１図は本発明の一実施例の内燃機関用過給機５を示す
断面図である。

本実施例の内燃機関用過給機５は、ケーシング３内にタ
ービン翼１、コンプレッサー翼及びシャフト２を収めて
なり、タービン翼１とコンプレッサー翼は、セラミック
製のシャフト２により結合されている。シャフト２とケ
ーシング３との間には、Ｃ／Ｃコンポジット製のベアリ
ング４ａが回転自在に取り付けられている。ケーシング
３にはベアリング４ａへ潤滑油を供給するための油路６
が形成されている。

ベアリング４ａは下記の方法により製造される。

まず、直径１０μｍの長繊維の炭素繊維よりなる織物を
筒状に積層し、これにフェノール樹脂を含浸させた後、
これを硬化させて成形体を得る。次に、該成形体を１０
００　’Ｃで２４時間加熱し、炭化してＣ／Ｃコンポジ
ット製の成形体を得る。次に、該Ｃ／Ｃコンポジットに
樹脂の再含浸及び炭化を２〜３回繰り返し、またＣＶＤ
処理を行なうことにより１．９ｇ／ｃｍ”まで高密度化
する。その後、さらに３０００°Ｃで処理して黒鉛化す
る。その後、所望により再含浸、炭化、またはＣＶＤ処
理により再度高密度化した後、再度黒鉛化を行なう。こ
れにより、第２図に示すようなベアリング４ａが得られ
る。該ベアリング４ａは、シャフトとの摺動面において
、炭素繊維が該面に対して水平に、且つ２方向、即ち周
方向及び軸方向に配向している。（ＤＰ力方向上記と同様の方法により、積層する炭素繊維の方向のみ
を変えて、炭素繊維の配向方向が異なるベアリング４ｂ
及び４Ｃを製造する。

ベアリング４ｂは、第３図に示すように、シャフトとの
摺動面において炭素繊維が核部に対して水平に、且つ全
て周方向に配向している。

（Ｐ方向）ベアリング４Ｃは、第４図に示すように、炭素繊維がシ
ャフトとの摺動面に対して垂直となるように配向してい
る。（Ｎ方向）試験例１：上記のベアリング４ａ、４ｂ及び４ｃと、ＪＩＳ　５Ｃ
ｒ４２０Ｈに浸炭焼入れを施した材料よりなるシャフト
を組み合わせてなる内燃機関用過給機５ａ、５ｂ及び５
ｃを用いて、実機エンジン上で耐久試験を行った。試験
は、４７００ｒ、ｐ、ｍ、全負荷で、運転及び停止を繰
り返して行った。試験後、ベアリング及びシャフトの摩
耗量を調べ、結果を第５図のグラフに示した。

グラフより明らかなように、炭素繊維を摺動面に対して
垂直となるように、即ち放射状に織ったベアリング４ｃ
は、炭素繊維にがかる面圧が高くなるため、ベアリング
自身及び相手シャフトの両方において摩耗量が多くなる
。

これに対して、炭素繊維を摺動面に対して水平に、２方
向または１方向で織ってなるベアリング４ａ及び４’ｂ
は、繊維の側面で荷重を受けるため、カーボン繊維にが
かる面圧が低くなり、ベアリング及びシャフトとも摩耗
量が少なくなる。

また、ベアリング４ａは、ベアリング４ｂ及びベアリン
グ４Ｃに比べて、円周方向並びに軸方向の圧壊強度が優
れた織り方となっているため、耐久性の点で優れている
。

試験例２：実施例で製造した、炭素繊維が摺動面と水平に２方向に
配向されたベアリング４ａと、下記の材料よりなる相手
シャフト材とを組み合わせた内燃機関用過給機５Ａ、５
Ｂ及び５Ｃを用いて、実機エンジン上で試験例１と同じ
条件下で耐久試験を行った。比較例として、下記の材料
よりなる従来使用されている銅系のベアリングと下記に
示すスチールシャフトとを組み合わせた内燃機関用過給
機５Ｄ及び５Ｅを用いて同様の試験を行った。

１）Ｐｂ７重量％、Ｓｎ７重量％及び残部銅よよりなる
銅合金２）　　Ｃｕ６０重量％、Ａ１３重量％、Ｍｎ３重量％
、ＣｒＯ，２重量％、Ｓｉ１．０重量％、ＮｉＯ，４重
量％及び残部亜鉛からなるＣｕ合金３）　アルミナ（Ａ
ｌｔｏｓ）を２００″Ｃの温度で常圧焼結して製造され
た全体がセラミックスよりなるシャフト４）　ベアリングと摺動する部分のみに、アルミナ（Ａ
ｌ２Ｏ２）を下記の条件でプラズマ溶射してなるシャフ
ト熔ＪＬＥ庄ガス流量：Ａｒ４１！／分、Ｈ２１１／分電流：５０〇
八電圧：　７０Ｖ溶射距離：　１００　ｍｍ粉末供給量：４０ｇ／分耐久試験後のベアリング材及びシャフト材の摩耗量を調
べた。結果を第６図のグラフに示す。

これにより、ベアリング材としてＣ／Ｃコンポジットを
用いた過給機５Ａ、５Ｂ及び５Ｃは、従来のＣｕ合金を
用いた過給機５Ｄ及び５已に比べて、ベアリング材及び
シャフト材の摩耗量が著しく減少する。また、シャフト
側の摩耗量については、特に、セラミックスを用いた過
給機５Ｂ及び過給機５Ｃが優れていた。

また、過給機５Ｄにおいては、試験中に焼付きを生じる
ものが見られたが、本発明による過給＄１５Ａ、５Ｂ及
び５Ｃにおいては、焼付きは全く発生しなかった。

（発明の効果）本考案の内燃機関用過給機は、フローティングベアリン
グがＣ／Ｃコンポジットよりなるため、耐摩耗性及び耐
焼付性に優れ、従って、耐久性が向上する。また、これ
らの性質の向上により、過給機の使用温度範囲を拡大す
ることができるため、熱効率を向上することができ、ま
た、ベアリングの重量も軽くなることから、過給機の性
能の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の内燃機関用過給機を示す図
、第２図は該内燃機関用過給機のフローティングベアリ
ングを示す図、第３図及び第４図は、それぞれ他の実施
例のフローティングベアリングを示す図、第５図及び第
６図は、本発明の試験例の結果を示すグラフである。１・・・タービン翼　２・・・シャフト３・・・ケーシ
ング４ａ、４ｂ、４ｃ・・・フローティングベアリング５・
・・内燃機関用過給機ば　　厚巨　　匡Ｃ衆冗　　咳佼　な雫燕］−

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内燃機関用過給機において、タービン翼とコンプ
レッサー翼とを結合するシャフトと、ケーシングとの間
に遊嵌され、該シャフトを回転自在に支承するフローテ
ィングベアリングが、カーボン繊維／カーボンコンポジ
ットよりなることを特徴とする内燃機関用過給機。
（２）上記のシャフトが、セラミックスよりなるか、ま
たは少なくともフローティングベアリングとの摺動面に
セラミックス溶射が施された材料よりなることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の内燃機関用過給機。