JPH02130223A

JPH02130223A - ターボチャージャーのセラミックタービンインペラ

Info

Publication number: JPH02130223A
Application number: JP28217188A
Authority: JP
Inventors: Osamu Suzuki; 治鈴木; Noboru Ishida; 昇石田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1988-11-08
Filing date: 1988-11-08
Publication date: 1990-05-18

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、ターボチャージャーに使用されるセラミック
タービンインペラに関する。

［従来の技術］近年、ターボチャージャーにおける問題点である加速応
答性の遅れを改善するため、タービンインペラをセラミ
ック製としたものが実用化されている。タービンインペ
ラにセラミックを使用するとセラミックは破壊靭性値が
低いため、排気マニホールドからの酸化スケールなどの
飛び込みによって翼が欠けたり、破壊したりしやすい、
そこでこれを防止するため、つぎにあげる技術が知られ
ている。

（ア）排気マニホールドの材質を酸化スケールなどが生
じ難いものとする。或いは、排気マニホールドの洗浄を
行う。

（イ）翼の前縁部と遮熱板との間隔を２ｍｍ以上にする
。

（つ）タービンインペラの翼カケが生じる場合、排気入
口側より翼カケが生じ、破壊が進行するので、翼のシュ
ラド側縁部と、排気入口側の翼の前縁部との稜線を、タ
ービンノズルより排気出口側とする。

（１）翼厚を厚くする。

［発明が解決しようとする課題］しかるに、このような技術はつぎのような欠点がある。

（ア）はコストが極めてかかる。

（イ）はターボチャージャーの効率が落ちる。

（つ）は、特にタービンインペラの翼が、湾曲している
場合に、−度の衝突で翼カケを生じなくとも、異物がは
ね返され衝突を繰り返すうちに、翼の前縁部の遮熱板側
端面と遮熱板との間の隙間に噛み込まれる。そうすると
この部分にチッピングが起き遠心力などで破壊が進行し
やすい。

（１）は、重量が重くなり効率が低下する。

本発明の目的は、コスト高を招かず、小さい異物の飛び
込みに対して翼の強度に優れるターボチャージャーのセ
ラミックタービンインペラの提供にある。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するため、本発明は、ハブと、該ハブに
一体成形されるとともに、前縁部がハブ外周から上流方
向に突出された多数の翼とからなるタービンインペラで
あり、かつ、翼の前縁部と、前記タービンインペラとタ
ーボチャージャーの軸受部との間に介在された遮熱板と
の間隔Ｓが２ｍｍ未満に設定されたターボチャージャー
のセラミックタービンインペラにおいて、前記多翼の前
縁部の遮熱板側端面の回転方向と反対側の縁の形状を、
前記翼の前縁部の厚さをｔとした場合に、（ア）曲率半
径Ｒが０．０５ｔ以上０．５ｔ以下の曲面形状に形成さ
れるか、（イ）もしくは、０゜０５ｔ以上０．５ｔ以下
の面取りが施された平面形状に形成された構成を採用し
た。

［作用および発明の効果］本発明のターボチャージャーのセラミックタービンイン
ペラは、次の作用および効果を生じる。

多翼の前縁部の遮熱板側端面の回転方向と反対側の縁の
形状を、買の前縁部の厚さをｔとした場合に、曲率半径
Ｒが０．０５ｔ以上（望ましくは０．１を以Ｊ−）０．
５ｔ以下の曲面形状に形成されるか、もしくは、０．０
５ｔ以上（望ましくは０．１を以Ｊ−）０．５ｔ以下の
面取りが施された平面形状に形成されている。このため
、翼の厚さが薄い部分が減少し、曲げ応力に対する強度
が向上する。また、曲げ応力の強度が向上するので翼の
チッピングが生じ難い、よって、翼の欠けなどのタービ
ンインペラの破壊は起き難い。

数値限定の理由は、曲率半径Ｒが０．０５ｔ未満である
と翼の厚さが薄い部分が多すぎ、効果がほとんど生じず
、曲率半径Ｒが０．５ｔを越えると、逆に翼の厚さが薄
くなるために異物が衝突した際のインペラの強度が低下
するためである。さらに、翼の前縁部と、タービンイン
ペラとターボチャージャーのタービン軸受部との間に介
在された遮熱板との間隔Ｓが２ｍｍ未満に設定されたタ
ーボチャージャーであるが、これは、その隙間が２ｍｍ
以上のターボチャージャーでは本発明の効果が有効に作
用しないため除外している。

また、ハブと、該ハブに一体成形されるとともに、前縁
部がハブ外周から上流方向に突出された多数の翼とから
なるタービンインペラを備えるターボチャージャーに限
定しである。この理由は、このような形状でないと、翼
の前縁部の遮熱板側端面の回転方向と反対側の縁の形状
を、曲面形状や面取り形状に加工できないためである。

［実施例〕つぎに本発明の第１実施例を第１図、第２図、第４図と
ともに説明する。

第４図に示すごとく、内燃機関のターボチャージャーＡ
は、タービンハウジング部１０、コンプレッサハウジン
グ部２０、およびタービンハウジング部１０とコンプレ
ッサハウジング部２０とを連結するターボチャージャー
の軸受部３０からなる。

タービンハウジング部１０は、エンジンからの排気ガス
１１により回転駆動されるハブ４１と、該ハブ４１に一
体成形されるとともに、前縁部４２がハブ外周から上、
流方向に突出された多数の翼４３とからなるタービンイ
ンペラ４を備える。この、タービンインペラ４は、窒化
珪素質で形成され第１図および第２図に示すごとく、翼
４３の前縁部４２の遮熱板側端面４４の回転方向と反対
側Ｈの縁４５の形状が、翼４３の前縁部４２の厚さをｔ
とした場合に、曲率半径Ｒが０．０５ｔ〜０゜５ｔの曲
面形状となっている。また、このタービンインペラ４は
、エンジンからの高温（４００℃〜１１００°Ｃ）の排
気ガス１１により１０万ｒｐｍ〜２０万ｒｐｍで回転す
る。また、１２は孔径５ｍｍのタービンノズル、１３は
排気出口、１４はタービンノズル１２から排気出口１３
に至るまで延設されて排気が効率良くタービンインペラ
４を回転駆動するように排気の流路を形成するシュラウ
ド、４６は翼４３のうちシュラウド１４の内面と対向し
、′Ｒ４３の厚さ相当の幅を有するシュラウド側縁部、
４７は前記排気出口１３との接点に位置する後縁部を示
す。

コンプレッサハウジング部２０は、アルミニウム製の後
ろ向き羽根型のコンプレッサインペラ２を備え、このコ
ンプレッサインペラ２は、吸入気２１を加圧して、気化
器に送っている。

ターボチャージャーの軸受部３０は、タービンハウジン
グ部１０とコンプレッサハウジング部２０とを連結し、
各々ガスシールを図っている。この、ターボチャージャ
ーの軸受部３０内を貫通して、前記コンプレッサインペ
ラ２と前記タービンインペラ４とを連結する回転軸３１
が、強制潤滑機構３２により潤滑油が供給される軸受３
３により支えられている。また、遮熱板３４はターボチ
ャージャーの軸受部３０とタービンインペラ４の前面と
の間に介装され、排気ガス１１によって加熱されたシュ
ラウド１４の熱がターボチャージャーの軸受部３０に伝
わるのを防止するために設けられている。

つぎに第１実施例における内燃ｍ関のターボチャージャ
ーＡの異物飛び込み試験について説明する。

第１実施例における翼外径は５５．５ｍｍ、ｇ４３の前
縁部４２の厚さｔは１．２ｍｍ、遮熱板３４と前縁部４
２の遮熱板側端面４４との間隔Ｓは１．５ｍｍ、曲率半
径Ｒは０．０６ｍｍ、０゜１２ｍｍ、０．２ｍｍ、０．
４ｍｍである。なお、比較例として曲率半径Ｒが０．０
１ｍｍ、０．０４ｍｍのものも製造しな、この曲率半径
Ｒを有するＲ形状は研磨加工の後、バレル研磨で付けた
。

排気ガスの温度が９００℃、ロータの回転数が１３万ｒ
ｐｍとなった時に、タービンハウジング部ｌＯの上流よ
り異物を数個（２ｍｇおよび５ｍｇは１０個、１０ｍｇ
以上は３個）同時に投入し、タービンインペラ４の破壊
状況を調べた。第１表にその結果を示し、この結果より
、比較例の曲率半径Ｒが０．０１ｍｍ、０．０４ｍｍの
ものは、タービンインペラが特に小さな異物（２ｍｇ〜
１０ｍｇ）に対して翼カケが生じ易い。

しかし、実施例のものは異物の飛び込みに対して良好な
翼の耐久性を示し、特にＲを０．１２ｍｍ〜０．４ｍｍ
としたものは２ｍｇ〜１５ｍｇの異物に対して異常が発
生していないことが分かる。

（以下余白）内燃機関のターボチャージャーＡの作用および効果をつ
ぎにあげる。

（あ）排気マニホールドの材質変更などを行うことなく
、黄カケの生じ難いセラミックタービンインペラ４を得
ることができる。また、この効果は、萬４の前縁部４２
と、タービンインペラ４とターボチャージャーの軸受部
３０との間に介在された遮熱板３４との間隔Ｓが２ｍｍ
未満に設定されたターボチャージャーの場合に顕著とな
る。

くい）１５ｍｇ程度（Ｒが０．１２ｍｍ　〜０．４ｍｍ
の場合）までの小さな異物の飛び込みに対するに４３の
強度に優れる。

（う）翼４３の前縁部４２の遮熱板側端面４４の回転方
向と反対［１１Ｈの縁４５の形状が、＊４３の前縁部４
２の厚さをｔとした場合に、曲率半径Ｒが０．０６ｍｍ
〜０．４ｍｍの曲面形状としただけなので、タービンイ
ンペラ４は、効率の著しい低下を招かず、コストの著し
い」−昇も招かない。

つぎに本発明の第２実施例を第３図および第４図ととも
に説明する（第１図も参照〉。

本実施例では、第３図に示すごとく、翼４３の前縁部４
２の遮熱板側端面４４の回転方向と反対側Ｈの縁４５の
形状を、図示ψの角が１５°〜７５°となる範囲で、翼
４３の前縁部４２の厚さｔに対して、Ｑ部分が０．０５
ｔ以上０．５ｔ以下の面取りが施された平面形状となっ
ている。

本実施例では加工形状が面取りであるので加Ｘが容易で
ある。

本発明は、上記実施例以外に次の実施態様を含む。

ａ、タービンインペラ４は他のセラミック質材料を使用
しても良い。

ｂ、第１実施例で、曲面形状は研磨加工の後、バレル研
磨などで付けたが、成型時の鋳型に付けておいても良く
、こうすれば工程を増やすことなく製造できる。

Ｃ１曲率半半径および面取り数値の下限値として、０．
１ｔ−以上とすれば良好な翼４３の強度が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のターボチャージャーのセラミックター
ビンインペラの第１実施例を示す斜視図、第２図はその
要部拡大図、第３図は本発明のターボチャージャーのセ
ラミックタービンインペラの第２実施例を示す要部拡大
図、第４図はセラミックタービンインペラを装着したタ
ーボチャージャーの断面図である。図中　４・・・セラミックタービンインペラ　３０・・
・ターボチャージャーの軸受部　４１・・・ハブ　４２
・・・前縁部　４３・・・翼　４４・・・遮熱板側端面
　４５・・・縁　Ａ・・・内燃機関のターボチャージャ
ー（ターボチャージャー）　Ｈ・・・回転方向と反対側
　Ｒ・・・曲率半径　Ｓ・・・翼の前縁部と遮熱板側端
面との間隔　ｔ・・・翼の前縁部の厚さ

Claims

【特許請求の範囲】１）ハブと、該ハブに一体成形されるとともに、前縁部
がハブ外周から上流方向に突出された多数の翼とからな
るタービンインペラであり、かつ、翼の前縁部と、前記タービンインペラとターボチ
ャージャーの軸受部との間に介在された遮熱板との間隔
Ｓが２ｍｍ未満に設定されたターボチャージャーのセラ
ミックタービンインペラにおいて、前記各翼の前縁部の遮熱板側端面の回転方向と反対側の
縁の形状を、前記翼の前縁部の厚さをｔとした場合に、（ア）曲率半径Ｒが０．０５ｔ以上０．５ｔ以下の曲面
形状に形成されるか、（イ）もしくは、０．０５ｔ以上０．５ｔ以下の面取り
が施された平面形状に形成されたことを特徴とするターボチャージャーのセラミックター
ビンインペラ。