JPS59180001A - タ−ボ過給機 - Google Patents

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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、自゛動車エンジン等のターボ過給機に係り、
特に、タービン翼車、コンプレッサ別車及びこれらを取
付ける回転軸をアルミニュウム等の軽量合金により成型
すると共に少くともタービン翼車の表面に、クロム酸化
合物を含浸させて焼成して成る強化層を形成し、もって
、回転部品の軽量化を図ることができると共に耐熱性を
向上させて長寿命化が図れ、更には、製造の容易化及び
機関の高出力化を達成することができるターボ過給機に
関する。

［発明の技術的背景とその問題点１ 最近、自動車等の内燃機関には、燃料消費を抑制しつつ
も高出力が得られることがらターボ過給機が広く採用さ
れるに至っている。

このターボ過給機は、排気ガスの高温、高圧エネルギー
を利用してタービン翼車を高速で回転し、同軸上に設け
たコンプレッサ別車を駆動することにより吸入空気を圧
縮して、過給圧を形成するものである。

これを第１図に基いて説明すると、１はターボ過給機支
持台２に軸受３を介して回転自在に支持された回転軸で
あり、その両端に高温排ガスにより回転駆動するタービ
ン翼車４及び吸入空気を圧縮するためのコンブレッッサ
別車５が設けられている。そして、内燃機関からの高温
、高圧排ガス６によりタービン翼車４を回転させて、こ
れにより同軸に設けたコンプレッサ調車５を回転し得る
ようになっている。

ところで、これらタービン翼車４等は毎分約１０万回転
もの高速回転をすることから、重量を軽くするために従
来アルミニュウム合金などの軽量合金により構成されて
いた。

しかしながら、高温排ガス６と接触するタービン翼車４
側が常時高温（約９００℃）にさらされていることから
、ある程度の使用には耐え得るものの長時間使用してい
るとこれに熱亀裂等が発生してしまい、充分な耐久性を
備えてはいなかった。

そこで、この問題を解決するために、最近注目されてい
る耐熱性を備えたセラミックによりタービン翼車４や回
転軸１を構成することがなされており、耐熱性に優れた
ものが開発されるに至っている。

しかしながら、この場合にあってはアルミニュウム合金
比重が約３．７前後であるのに対してセラミックの比重
が約７．５前後であることから、全体の重量が大きくな
ってタービン翼車４の回転数が充分に得られなかったり
あるいは慣性質量が大ぎいことから過渡状態における出
力の追従性が低下するという問題があった。

更には、アルミニュウム合金製コンプレッサ別車５とセ
ラミック製タービン翼車４との間に重量のアンバランス
が生じるので、排ガスのシール性を保持するために回転
軸１の軸受３の加工精度をより高いものにしな【プれば
ならないばかりか、アルミニュウム合金製コンプレッサ
劇中５とセラミック製回転軸１どの結合が、これらの材
料が巽質なことから非常に困難であるという問題があっ
ｌζ。

［発明の目的］ 本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に
解決すべく創案されたもので・ある。

本発明の目的は、タービン翼車、］ンプレッザ羽別車び
これらを取付ける回転軸をアルミニュウム等の軽量合金
により成型すると共に少くともタービン翼車の表面に、
クロム酸化合物を含浸させて焼成して成る強化層を形成
し、もって、回転部品の軽量化を図ることができると共
に耐熱性を向上させて長寿命化が図れ、更には製造の容
易化及び機関の高出力化を達成することができるターボ
過給機を提供するにある。

［発明の実施例］ 以下に、本発明の好適一実施例を添付図面に従って詳述
する。

まず、第２図及び第３図に示す如く７はターボ過給機支
持台８に、その両端部を軸受９，９を介して回転自在に
支持させた回転軸である。この回転軸７は例えばアルミ
ニュウム合金等の軽量合金により成型され、その一端に
は厚さ０．５１１Ｉｌ以下の薄肉の多数のブレード１０
を備えたコンプレッサ調車１１が取付は固定されている
。このブレード１０は例えばアルミニュウム合金等の軽
量合金よりなり、同様な軽量合金よりなるコンプレッサ
別車本体１２に鋳造法により一体的にほぼ放射状に取付
は固定されている。このシンブレッサ別車１１の全体は
ターボ過給機支持台８に取付けたコン５− プレッサハウジング１３により覆われており、これを回
転することにより吸入空気入ｌ］１４から流入する空気
を加圧して吸入空気出口１５から排出し、図示しない内
燃機関に過給圧を供給するようになっている。

一方、回転軸７の他端には第３図にも示す如く多数のブ
レード１６を備えたタービン肩車１７が取付は固定され
ている。このブレード１６は、アルミニュウム合金等の
軽量合金よりなり、前記同様に軽量合金よりなるタービ
ン翼車本体１８に鋳造法により一体成型されている。こ
のブレード１６は効率を良好にするために回転方向と反
対回りに適宜湾曲されている。そして、このタービン翼
車１７の全体は、排ガスを均等にタービン翼車１７に噴
出させるべくやや渦巻状に成型され、且つその一側をタ
ーボ過給機支持台８に固定したタービンハウジング１９
により覆われており、排ガス人口２０より導入れされる
高温排ガス２１によりこれを高速回転し得るようになっ
ている。

そして、このようなタービン翼車１７及び回転６− 軸７の表面に本発明の特徴とする強化層２２が形成され
ている。

回転軸７も熱伝導により高温になることから図示例にあ
っては回転軸７の表面にも強化層２２を形成したがこれ
に限ることなく、例えば特に高温状態になるタービン翼
車１７の表面のみに強化層２２を形成するようにしても
よい。

この強化層２２はクロム酸化合物を含浸させて焼成して
形成したものであり、タービン翼車１７の全表面すなわ
ちブレード１６及びタービン翼車本体１Ｂの全表面に排
ガスの温度にもよるが約５０〜１０μｍの厚さで均一に
形成されている。

ここで、この強化層２２の形成方法を具体的に説明する
と、まず、母材となるべきアルミニュウム合金等の軽量
金属により予めタービン翼車１７、回転軸７及びコンプ
レッサ別車１１を鋳造成型して、仕上げ加工を施してお
く。この際、タービン翼車１７のブレード１６及びコン
プレッサ別車１１のブレード１０をそれぞれ一体成型し
ておくのは勿論である。また、以後形成されるべき強化
層の厚さだけ予めタービン翼車１７及び回転軸７の肉厚
を薄くしておくことが望ましい。尚、鋳造成型に際して
、タービン翼車１７、コンプレッサ別車１１及びこれら
を連結する回転軸７を全て一体成型してもよい。

このように、成型加工したタービン翼車１７及び回転軸
７を予め生成しておいたクロム酸溶液に所定時間浸漬し
、これらの金属表面にクロム酸を浸透させ（り臼ム酸の
拡散層を形成する。ここで、溶液中にタービン翼車１７
等を浸漬させなくとも、該当部にクロム酸溶液を刷毛塗
りしたり、スプレー等で吹きつけたりしてもよい。

また、クロム酸溶液としては例えば所定量のクロム１ｌ
ｔｃｒＯａ　を水に溶解して生成するが、これに限定さ
れず塩化クロム、硝酸クロム等の伯のクロム酸化合物で
もよい。

尚、焼成された強化層の熱膨張率はクロム酸の濃（資）
に依存することからここで生成Ｊ−るクロム酸溶液の濃
ｐを母材金属（アルミニュウム合金）の熱膨張率と強化
層の熱膨張率とが一致するように決定する。

このように、クロム酸の拡散層を形成したら、これを乾
燥した後、所定の温度で焼成する。この焼成温度は約３
００〜５００℃前後が望ましく、温度が比較的低いこと
から母材であるアルミニュウム合金が溶解することはな
い。

このように焼成することにより、クロム酸が金属組織と
科学的に結合し、前記した如く耐熱性、耐摩耗性等に優
れた強固な強化層２２を形成することができる。

以上のようにして、タービン翼車１７及び回転軸７のそ
れぞれの表面に強化層２２を形成したならば、これらに
仕上げ加工を施して或いは施さないで第２図に示す如く
組立ててターボ過給機を完成にする。

尚、コンプレッサ別車１１には常温空気が接触すること
から、これが加熱される虞れがなく、従って、強化層を
形成する必要がない。

このように、高温排ガスと接触して特に高温になるター
ビン翼車１７の表面全体に、クロム酸化９− 合物を含浸させて焼成して成る強化層２２を形成したの
で、これを長時間連続使用しても熱亀裂等が発生するこ
とがなく、従来例に比較して耐熱性及び耐久性を大幅に
向上させることができる。

従って、セラミックなどの重い材料を使うことなくアル
ミニュウム合金等の軽量合金のみで耐久性に優れた過給
機を作ることができることからこのタービン翼車、］ン
プレッサ羽別車の軽量化が図れ、急加速時等における過
給の応答時間（ターボラグ）を可及的に少くすることが
できる。

また、強化層は母材金属と単に機械的に結合しているの
ではなく、これに含まれるクロムが化学的に結合してい
るのでその結合力が強固であり、タービン翼車が高速回
転してもこれが剥離することがない。

尚、上記実施例にあっては、タービン翼車、コンプレッ
サ別車及びこれらを連結する回転軸を夫々別個に独立さ
せて鋳造した場合について特に述べたが、すべて同一軽
金属（アルミニュウム合金）よりなることから、これら
を鋳造により一体成型１０− するようにしてもよい。これらを一体成型することによ
りターボ過給機の製造を大幅に簡単化することができる
。

また、前記実施例にあっては母材としてアルミニコウム
合金を使用した場合について説明したが、これに限定さ
れるものでなく伯の軽量合金を使用してもよい。

［発明の効果］ 以上型するに、本発明によれば次のような優れた効果を
発揮することができる。

１）タービン翼車等の比較的高温状態となる部分に、ク
ロム酸化合物を含浸させて焼成して成る強化層を形成し
たので熱亀裂等が発生することがなく、耐熱性及び耐久
性を向上させることができ、長時間の連続運転が可能と
なる。

２）タービン翼車等の全ての回転部分をアルミニュウム
合金等の軽量合金により製造することができるので、従
来使用されていた重量のあるセラミックなどを不要とし
、軽量化を達成できる。

３）従って、急加速時等における過給の応答時間（ター
ボラグ）が少くなり、応答が良好になるばかりか、より
高い回転が得られ、高出力化を達成することがて゛きる
。

４）タービン翼車及びコンプレッサ別車を共に軽量な材
料で成型したので重量のバランスがとれ、安定した回転
を得ることができるばかりでなく、軸受構造を簡単にす
ることができる。

５）構造及び製造方法が簡単なので、複雑な設備を必要
とすることなく容易に採用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のターボ過給機を示す縦断面図、第２図は
本発明の好適一実施例を示す縦断面図、第３図はターボ
過給機のタービン翼車を示す平面図である。 なお、図中、７は回転軸、９は軸受、１０はブレード、
１１はコンプレッサ別車、１３はコンプレッサハウジン
グ、１６はブレード、１７はタービン翼車、１つはター
ビンハウジング、２１は排ガスである。 特許出願人　　いすず自動車株式会社 代理人弁理士　絹　　谷　　信　　雄 １３−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 、回転軸の一端に、内燃機関からの排ガスにより回転駆
   動されるタービン翼車を取付けると共に、他端に上記内
   燃機関に供給する過給圧を形成づるコプレッサ別車を取
   付けたターボ過給機において、上記回転軸と、この両端
   に取付けられる上記タービン翼車及びコンプレッサ別車
   とをアルミニュウム合金等の軽量合金により成型し、少
   くとも上記タービン翼車の表面に、クロム酸化合物を含
   浸させて焼成して成る強化層を形成したことを特徴とす
   るターボ過給機。