ターボチャージャーのコンプレッサ構造
【課題】吸気にオイルが混入していても高温下で使用でき、しかもオイルの炭化が生じないターボチャージャーのコンプレッサ構造を提供する。
【解決手段】アルミニウムやアルミニウム合金で形成されたコンプレッサインペラ２６やコンプレッサハウジング２７の表面にアルマイト皮膜１１を形成し、そのアルマイト皮膜１１で形成された多孔質層に触媒金属１３を担持させたものである。
【解決手段】アルミニウムやアルミニウム合金で形成されたコンプレッサインペラ２６やコンプレッサハウジング２７の表面にアルマイト皮膜１１を形成し、そのアルマイト皮膜１１で形成された多孔質層に触媒金属１３を担持させたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のターボチャージャーのコンプレッサ構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の内燃機関、特にディーゼルエンジンにおいては、燃費改善、出力増加の手段として、ターボチャージャーが使用されている。
【０００３】
ターボチャージャーは、タービンとコンプレッサをターボ軸で連結して構成され、ディーゼル機関からの排ガスでタービンのタービンインペラを駆動し、タービンインペラに連結されたコンプレッサのコンプレッサインペラを回転して吸入空気を圧縮し、吸気の空気密度を高くして、ディーゼルエンジンの燃焼室に供給することで、エンジンの出力を増加させる装置である。
【０００４】
エンジンの出力、性能向上には、コンプレッサにて、吸入空気の過給圧を高めることが必須条件となる。このため、コンプレッサは高温で駆動されることとなる。
【０００５】
従来、特許文献１に示されるようにコンプレッサインペラを鋳造する際のアルミ合金組成を改良して耐熱強度を向上させたり、特許文献２に示されるように、コンプレッサインペラの外周部を高温強度に優れた材料をコーティングするなどして高温使用に耐え得るコンプレッサインペラが種々提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２０６９２７号公報
【特許文献２】特開２０００−２９１４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、コンプレッサインペラの高温強度を高めても、ターボチャージャーが本来有する機能以下でしか使用できない問題がある。
【０００８】
すなわち、吸気を圧縮するコンプレッサには、上流側に戻されたエンジンの油、未燃ガスを含んだブローバイガスや排気ガスの低ＮＯｘ対策のためのＥＧＲガスも通過するため、これらオイルが炭化しない温度でしか使用できない問題がある。ターボチャージャーのコンプレッサは、空気圧縮時には、１５０℃を超える高温で駆動され、コンプレッサインペラ自体の耐熱強度に問題は生じないものの、吸入空気に混在しているオイル分がコンプレッサインペラ表面及びコンプレッサハウジング壁面に付着し、この付着したオイルが高温下でそのまま炭化付着してしまう問題がある。
【０００９】
通常コンプレッサインペラとコンプレッサハウジングとの隙間（クリアランス）は、空気を圧縮する機能上５０μｍとせまくしてあり、ハウジングに付着したオイル等が次第に炭化し、堆積するとコンプレッサハウジングとコンプレッサインペラが干渉し回転低下による機能低下、あるいは破損に至る場合もある。
【００１０】
このために多くの内燃機関では、オイル等が炭化する温度以下、多くは１６０〜１７０℃以下で使われることになる。ターボチャージャーが本来有する機能以下のところで使用しており、コンプレッサインペラの耐熱強度を高めても、これを十分に活用できないのが現状である。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、吸気にオイルが混入していても高温下で使用でき、しかもオイルの炭化が生じないターボチャージャーのコンプレッサ構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、アルミニウムやアルミニウム合金で形成されたコンプレッサインペラの表面にアルマイト皮膜を形成し、そのアルマイト皮膜で形成された多孔質層に触媒金属を担持させたことを特徴とするターボチャージャーのコンプレッサ構造である。
【００１３】
請求項２の発明は、アルミニウムやアルミニウム合金で形成されたコンプレッサハウジングの表面にアルマイト皮膜を形成し、そのアルマイト皮膜で形成された多孔質層に触媒金属を担持させたことを特徴とするターボチャージャーのコンプレッサ構造である。
【００１４】
請求項３の発明は、コンプレッサインペラまたはコンプレッサハウジングの表面あるいはコンプレッサインペラとコンプレッサハウジングの表面を、陽極酸化処理を行って細孔径が５０〜５００ｎｍ、深さが５００ｎｍ〜１０００ｎｍの多孔質層からなるアルマイト皮膜を形成し、その多孔層の細孔内に白金からなる触媒金属を担持させた請求項１又は２記載のターボチャージャーのコンプレッサ構造である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、コンプレッサインペラまたはコンプレッサハウジングの表面にアルマイト処理を行い、そのアルマイト皮膜で形成された多孔質層に触媒金属を担持させることで、吸気中のオイルが表面に付着してもこれを酸化分解することが可能となりオイルの炭化を防止することが可能となるため、高温環境下で使用してターボチャージャーの本来の機能を発揮することができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のターボチャージャーのコンプレッサ構造において、アルマイト皮膜の構造を示す拡大図である。
【図２】本発明のターボチャージャーのコンプレッサ構造の全体構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
先ず、本発明が適用されるターボチャージャー２０の全体構成を図２により説明する。
【００１９】
図２に示すようにターボチャージャー２０は、タービン２１とコンプレッサ２２をターボ軸２３で連結して構成される。
【００２０】
タービン２１は、タービンインペラ２４と、タービンインペラ２４を囲み、排ガスが導入されるタービンハウジング２５とからなり、コンプレッサ２２は、コンプレッサインペラ２６と、コンプレッサインペラ２６を囲み、吸気が導入されるコンプレッサハウジング２７とからなる。
【００２１】
タービンインペラ２４とコンプレッサインペラ２６とはターボ軸２３で連結され、ターボ軸２３がベアリングハウジング２８内に収容されると共にベアリングハウジング２８内に設けた軸受部２９で軸承される。ベアリングハウジング２８の上部には、潤滑油を軸受部２９に供給する潤滑油入口３０が設けられ、下部には潤滑油排出路３１が形成される。
【００２２】
このターボチャージャー２０の作動を説明する。
【００２３】
ディーゼルエンジンからの排ガスは、タービンハウジング２５に導入され、そのスクロール流路２５ｓを通る間にタービンインペラ２４の周方向内方に流れてタービンインペラ２４を回転し、タービンハウジング２５の出口２５ｏから排気される。一方吸気は、コンプレッサハウジング２７の入口２７ｉからコンプレッサインペラ２６の軸方向に流入し、コンプレッサインペラ２６のハブ２６ｈとコンプレッサハウジング２７の圧縮流路２７ｃを通る間にハブ２６ｈに設けられたベーン２６ｂで遠心力を受けて圧縮されて径方向に排出されてスクロール流路２７ｓに流れ、その圧縮空気がエンジン側に供給される。
【００２４】
このターボチャージャー２０において、コンプレッサハウジング２７の入口２７ｉから吸気と共にエンジンオイルや未燃燃料などのハイドロカーボンが流入し、コンプレッサハウジング２７の圧縮流路２７ｃやコンプレッサインペラ２６のベーン２６ｂに付着し、これが高温下で炭化して堆積すると、圧縮流路２７ｃとベーン２６ｂとの隙間（クリアランス）が保てなくなる。
【００２５】
そこで、本発明においては、コンプレッサインペラ２６の表面とコンプレッサインペラ２６に対面するコンプレッサハウジング２７の圧縮流路２７ｃの表面に、陽極酸化処理を行ってアルマイト皮膜を形成し、そのアルマイト皮膜からなる多孔質層にプラチナなどからなる触媒金属を担持させ、触媒金属で付着するオイル等を酸化分解させるようにしたものである。
【００２６】
図１は、コンプレッサインペラ２６やコンプレッサハウジング２７の表面のアルミニウム又はアルミニウム合金層１０上に多孔質層を形成するアルマイト皮膜１１を形成し、そのアルマイト皮膜１１で形成される多孔質層の微細孔１２に触媒金属１３を担持させた状態を拡大して示したものである。
【００２７】
アルマイト皮膜１１の形成は、陽極酸化処理によって形成されるが、この形成過程で、アルミニウム又はアルミニウム合金層１０の表面のアルミニウムが酸化されながら酸化アルミニウムとなり、アルミニウム又はアルミニウム合金層１０の表面にバリヤー層１４を形成し、そのバリヤー層１４から径が数μｍの被膜セル１５が集合した状態で形成されていくが、アルミニウム以外の金属元素の存在や電気の流れなどにより、被膜セル１５の厚み方向に細長い微細孔１２を多数有する多孔質構造となる。この微細孔１２の径は、５０ｎｍ〜５００ｎｍで、深さは５００ｎｍ〜１０００ｎｍ前後のものである。
【００２８】
通常、この微細孔１２は、硬度や耐食性を劣化させる原因となるが、本発明においては、この微細孔１２内に白金などナノサイズの触媒金属１３を担持させるようにしたものである。
【００２９】
ここで、アルマイト皮膜１１の厚さは、１μｍ〜５μｍ程度となるように陽極酸化を行う。
【００３０】
また微細孔１２に担持する触媒金属は、白金であれば、塩化白金酸を用いて微細孔１２内に浸漬させて担持させる。
【００３１】
次に本発明の作用を説明する。
【００３２】
上述したように、コンプレッサ２２には、吸気中にエンジンオイル等が含まれて流入し、過給圧が高くなると、コンプレッサインペラ２６やコンプレッサハウジング２７の表面の温度が１５０℃以上となり、その表面にオイルやハイドロカーボン等の未燃ガスが付着するが、触媒金属１３にて、酸化され、二酸化炭素となって、コンプレッサインペラ２６やコンプレッサハウジング２７の表面から除去されることとなる。
【００３３】
このことにより、コーキング条件で制限されていたターボの許容限界温度が、コンプレッサインペラ２６やコンプレッサハウジング２７の使用限界温度まで上げることが可能となり、ターボチャージャー２０の本来の性能を発揮することが可能となる。
【００３４】
また、許容温度が上がることで、さらに触媒金属１３の活性化が進み、オイル、未燃ガスの酸化が促進される二次効果も期待できる。
【符号の説明】
【００３５】
１０ アルミニウム又はアルミニウム合金層
１１ アルマイト皮膜
１２ 微細孔
１３ 触媒金属
２６ コンプレッサインペラ
２７ コンプレッサハウジング
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のターボチャージャーのコンプレッサ構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の内燃機関、特にディーゼルエンジンにおいては、燃費改善、出力増加の手段として、ターボチャージャーが使用されている。
【０００３】
ターボチャージャーは、タービンとコンプレッサをターボ軸で連結して構成され、ディーゼル機関からの排ガスでタービンのタービンインペラを駆動し、タービンインペラに連結されたコンプレッサのコンプレッサインペラを回転して吸入空気を圧縮し、吸気の空気密度を高くして、ディーゼルエンジンの燃焼室に供給することで、エンジンの出力を増加させる装置である。
【０００４】
エンジンの出力、性能向上には、コンプレッサにて、吸入空気の過給圧を高めることが必須条件となる。このため、コンプレッサは高温で駆動されることとなる。
【０００５】
従来、特許文献１に示されるようにコンプレッサインペラを鋳造する際のアルミ合金組成を改良して耐熱強度を向上させたり、特許文献２に示されるように、コンプレッサインペラの外周部を高温強度に優れた材料をコーティングするなどして高温使用に耐え得るコンプレッサインペラが種々提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２０６９２７号公報
【特許文献２】特開２０００−２９１４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、コンプレッサインペラの高温強度を高めても、ターボチャージャーが本来有する機能以下でしか使用できない問題がある。
【０００８】
すなわち、吸気を圧縮するコンプレッサには、上流側に戻されたエンジンの油、未燃ガスを含んだブローバイガスや排気ガスの低ＮＯｘ対策のためのＥＧＲガスも通過するため、これらオイルが炭化しない温度でしか使用できない問題がある。ターボチャージャーのコンプレッサは、空気圧縮時には、１５０℃を超える高温で駆動され、コンプレッサインペラ自体の耐熱強度に問題は生じないものの、吸入空気に混在しているオイル分がコンプレッサインペラ表面及びコンプレッサハウジング壁面に付着し、この付着したオイルが高温下でそのまま炭化付着してしまう問題がある。
【０００９】
通常コンプレッサインペラとコンプレッサハウジングとの隙間（クリアランス）は、空気を圧縮する機能上５０μｍとせまくしてあり、ハウジングに付着したオイル等が次第に炭化し、堆積するとコンプレッサハウジングとコンプレッサインペラが干渉し回転低下による機能低下、あるいは破損に至る場合もある。
【００１０】
このために多くの内燃機関では、オイル等が炭化する温度以下、多くは１６０〜１７０℃以下で使われることになる。ターボチャージャーが本来有する機能以下のところで使用しており、コンプレッサインペラの耐熱強度を高めても、これを十分に活用できないのが現状である。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、吸気にオイルが混入していても高温下で使用でき、しかもオイルの炭化が生じないターボチャージャーのコンプレッサ構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、アルミニウムやアルミニウム合金で形成されたコンプレッサインペラの表面にアルマイト皮膜を形成し、そのアルマイト皮膜で形成された多孔質層に触媒金属を担持させたことを特徴とするターボチャージャーのコンプレッサ構造である。
【００１３】
請求項２の発明は、アルミニウムやアルミニウム合金で形成されたコンプレッサハウジングの表面にアルマイト皮膜を形成し、そのアルマイト皮膜で形成された多孔質層に触媒金属を担持させたことを特徴とするターボチャージャーのコンプレッサ構造である。
【００１４】
請求項３の発明は、コンプレッサインペラまたはコンプレッサハウジングの表面あるいはコンプレッサインペラとコンプレッサハウジングの表面を、陽極酸化処理を行って細孔径が５０〜５００ｎｍ、深さが５００ｎｍ〜１０００ｎｍの多孔質層からなるアルマイト皮膜を形成し、その多孔層の細孔内に白金からなる触媒金属を担持させた請求項１又は２記載のターボチャージャーのコンプレッサ構造である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、コンプレッサインペラまたはコンプレッサハウジングの表面にアルマイト処理を行い、そのアルマイト皮膜で形成された多孔質層に触媒金属を担持させることで、吸気中のオイルが表面に付着してもこれを酸化分解することが可能となりオイルの炭化を防止することが可能となるため、高温環境下で使用してターボチャージャーの本来の機能を発揮することができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のターボチャージャーのコンプレッサ構造において、アルマイト皮膜の構造を示す拡大図である。
【図２】本発明のターボチャージャーのコンプレッサ構造の全体構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
先ず、本発明が適用されるターボチャージャー２０の全体構成を図２により説明する。
【００１９】
図２に示すようにターボチャージャー２０は、タービン２１とコンプレッサ２２をターボ軸２３で連結して構成される。
【００２０】
タービン２１は、タービンインペラ２４と、タービンインペラ２４を囲み、排ガスが導入されるタービンハウジング２５とからなり、コンプレッサ２２は、コンプレッサインペラ２６と、コンプレッサインペラ２６を囲み、吸気が導入されるコンプレッサハウジング２７とからなる。
【００２１】
タービンインペラ２４とコンプレッサインペラ２６とはターボ軸２３で連結され、ターボ軸２３がベアリングハウジング２８内に収容されると共にベアリングハウジング２８内に設けた軸受部２９で軸承される。ベアリングハウジング２８の上部には、潤滑油を軸受部２９に供給する潤滑油入口３０が設けられ、下部には潤滑油排出路３１が形成される。
【００２２】
このターボチャージャー２０の作動を説明する。
【００２３】
ディーゼルエンジンからの排ガスは、タービンハウジング２５に導入され、そのスクロール流路２５ｓを通る間にタービンインペラ２４の周方向内方に流れてタービンインペラ２４を回転し、タービンハウジング２５の出口２５ｏから排気される。一方吸気は、コンプレッサハウジング２７の入口２７ｉからコンプレッサインペラ２６の軸方向に流入し、コンプレッサインペラ２６のハブ２６ｈとコンプレッサハウジング２７の圧縮流路２７ｃを通る間にハブ２６ｈに設けられたベーン２６ｂで遠心力を受けて圧縮されて径方向に排出されてスクロール流路２７ｓに流れ、その圧縮空気がエンジン側に供給される。
【００２４】
このターボチャージャー２０において、コンプレッサハウジング２７の入口２７ｉから吸気と共にエンジンオイルや未燃燃料などのハイドロカーボンが流入し、コンプレッサハウジング２７の圧縮流路２７ｃやコンプレッサインペラ２６のベーン２６ｂに付着し、これが高温下で炭化して堆積すると、圧縮流路２７ｃとベーン２６ｂとの隙間（クリアランス）が保てなくなる。
【００２５】
そこで、本発明においては、コンプレッサインペラ２６の表面とコンプレッサインペラ２６に対面するコンプレッサハウジング２７の圧縮流路２７ｃの表面に、陽極酸化処理を行ってアルマイト皮膜を形成し、そのアルマイト皮膜からなる多孔質層にプラチナなどからなる触媒金属を担持させ、触媒金属で付着するオイル等を酸化分解させるようにしたものである。
【００２６】
図１は、コンプレッサインペラ２６やコンプレッサハウジング２７の表面のアルミニウム又はアルミニウム合金層１０上に多孔質層を形成するアルマイト皮膜１１を形成し、そのアルマイト皮膜１１で形成される多孔質層の微細孔１２に触媒金属１３を担持させた状態を拡大して示したものである。
【００２７】
アルマイト皮膜１１の形成は、陽極酸化処理によって形成されるが、この形成過程で、アルミニウム又はアルミニウム合金層１０の表面のアルミニウムが酸化されながら酸化アルミニウムとなり、アルミニウム又はアルミニウム合金層１０の表面にバリヤー層１４を形成し、そのバリヤー層１４から径が数μｍの被膜セル１５が集合した状態で形成されていくが、アルミニウム以外の金属元素の存在や電気の流れなどにより、被膜セル１５の厚み方向に細長い微細孔１２を多数有する多孔質構造となる。この微細孔１２の径は、５０ｎｍ〜５００ｎｍで、深さは５００ｎｍ〜１０００ｎｍ前後のものである。
【００２８】
通常、この微細孔１２は、硬度や耐食性を劣化させる原因となるが、本発明においては、この微細孔１２内に白金などナノサイズの触媒金属１３を担持させるようにしたものである。
【００２９】
ここで、アルマイト皮膜１１の厚さは、１μｍ〜５μｍ程度となるように陽極酸化を行う。
【００３０】
また微細孔１２に担持する触媒金属は、白金であれば、塩化白金酸を用いて微細孔１２内に浸漬させて担持させる。
【００３１】
次に本発明の作用を説明する。
【００３２】
上述したように、コンプレッサ２２には、吸気中にエンジンオイル等が含まれて流入し、過給圧が高くなると、コンプレッサインペラ２６やコンプレッサハウジング２７の表面の温度が１５０℃以上となり、その表面にオイルやハイドロカーボン等の未燃ガスが付着するが、触媒金属１３にて、酸化され、二酸化炭素となって、コンプレッサインペラ２６やコンプレッサハウジング２７の表面から除去されることとなる。
【００３３】
このことにより、コーキング条件で制限されていたターボの許容限界温度が、コンプレッサインペラ２６やコンプレッサハウジング２７の使用限界温度まで上げることが可能となり、ターボチャージャー２０の本来の性能を発揮することが可能となる。
【００３４】
また、許容温度が上がることで、さらに触媒金属１３の活性化が進み、オイル、未燃ガスの酸化が促進される二次効果も期待できる。
【符号の説明】
【００３５】
１０ アルミニウム又はアルミニウム合金層
１１ アルマイト皮膜
１２ 微細孔
１３ 触媒金属
２６ コンプレッサインペラ
２７ コンプレッサハウジング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムやアルミニウム合金で形成されたコンプレッサインペラの表面にアルマイト皮膜を形成し、そのアルマイト皮膜で形成された多孔質層に触媒金属を担持させたことを特徴とするターボチャージャーのコンプレッサ構造。
【請求項２】
アルミニウムやアルミニウム合金で形成されたコンプレッサハウジングの表面にアルマイト皮膜を形成し、そのアルマイト皮膜で形成された多孔質層に触媒金属を担持させたことを特徴とするターボチャージャーのコンプレッサ構造。
【請求項３】
コンプレッサインペラまたはコンプレッサハウジングの表面あるいはコンプレッサインペラとコンプレッサハウジングの表面を、陽極酸化処理を行って細孔径が５０〜５００ｎｍ、深さが５００ｎｍ〜１０００ｎｍの多孔質層からなるアルマイト皮膜を形成し、その多孔層の細孔内に白金からなる触媒金属を担持させた請求項１又は２記載のターボチャージャーのコンプレッサ構造。
【請求項１】
アルミニウムやアルミニウム合金で形成されたコンプレッサインペラの表面にアルマイト皮膜を形成し、そのアルマイト皮膜で形成された多孔質層に触媒金属を担持させたことを特徴とするターボチャージャーのコンプレッサ構造。
【請求項２】
アルミニウムやアルミニウム合金で形成されたコンプレッサハウジングの表面にアルマイト皮膜を形成し、そのアルマイト皮膜で形成された多孔質層に触媒金属を担持させたことを特徴とするターボチャージャーのコンプレッサ構造。
【請求項３】
コンプレッサインペラまたはコンプレッサハウジングの表面あるいはコンプレッサインペラとコンプレッサハウジングの表面を、陽極酸化処理を行って細孔径が５０〜５００ｎｍ、深さが５００ｎｍ〜１０００ｎｍの多孔質層からなるアルマイト皮膜を形成し、その多孔層の細孔内に白金からなる触媒金属を担持させた請求項１又は２記載のターボチャージャーのコンプレッサ構造。
【図２】
【図１】
【図１】
【公開番号】特開２０１２−１２２４４４（Ｐ２０１２−１２２４４４Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７５８４４（Ｐ２０１０−２７５８４４）
【出願日】平成２２年１２月１０日（２０１０．１２．１０）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１０日（２０１０．１２．１０）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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