(57)【要約】  本発明は、自動車内燃機関の、可変のタービンジオメトリを有するターボチャージャのベーン支承リングであって、ターボチャージャが、可変のタービンジオメトリのために、ベーン支承リング内で調節可能なタービンベーンを有しており、ベーン支承リングが、その支承面での固体潤滑剤作用を達成するための硫黄成分を有するオーステナイト系の鉄マトリックス合金から成っている形式のものに関する。材料に関して高いエンジン出力のために設計されるように、ベーン支承リングが、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、レニウム（Ｒｅ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、ハフニウム（Ｈｆ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）などの単数または複数の合金元素１〜６質量％を有するようにした。【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車内燃機関の、可変のタービンジオメトリを有するターボチャージャのベーン支承リングであって、ターボチャージャが、可変のタービンジオメトリのために、ベーン支承リング内で調節可能なタービンベーンを有しており、ベーン支承リングが、その支承面での固体潤滑剤作用を達成するための硫黄成分を有するオーステナイト系の鉄マトリックス合金から成っている形式のものにおいて、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、レニウム（Ｒｅ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、ハフニウム（Ｈｆ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）などの単数または複数の合金元素１〜６質量％を有することを特徴とする、内燃機関のターボチャージャのベーン支承リング。
【請求項２】
それぞれ質量％で示す個々の合金元素を有する次の合金組成
Ｃ    ＝０．４〜０．６
Ｃｒ  ＝１８〜２７
Ｎｂ  ＝１．４〜１．８
Ｎｉ  ＝１２〜２２
Ｓ    ＝０．２〜０．５
Ｓｉ  ＝２．９〜３．２
Ｗ    ＝２．４〜２．８
残り  ＝鉄
不純物もしくは不特定の合金元素は３まで
を有する、請求項１記載のベーン支承リング。
【請求項３】
それぞれ質量％で示す個々の合金元素を有する次の合金組成
Ｃ    ＝０．４〜０．６
Ｃｒ  ＝１８．５〜２０．５
Ｎｂ  ＝１．４〜１．８
Ｎｉ  ＝１２．５〜１４
Ｓ    ＝０．２５〜０．４５
Ｓｉ  ＝２．９〜３．１５
Ｗ    ＝２．４〜２．８
残り  ＝鉄
不純物もしくは不特定の合金元素は３まで
を有する、請求項２記載のベーン支承リング。
【請求項４】
それぞれ質量％で示す個々の合金元素を有する次の合金組成
Ｃ    ＝０．４〜０．６
Ｃｒ  ＝２４．５〜２６．５
Ｎｂ  ＝１．４〜１．８
Ｎｉ  ＝１９．５〜２１．５
Ｓ    ＝０．２５〜０．４５
Ｓｉ  ＝２．９〜３．１５
Ｗ    ＝２．４〜２．８
残り  ＝鉄
不純物もしくは不特定の合金元素は３まで
を有する、請求項２記載のベーン支承リング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の、調節可能なタービンベーンを備えたターボチャージャのベーン支承リング（Ｓｃｈａｕｆｅｌｌａｇｅｒｒｉｎｇ）に関する。つまり本発明は、自動車内燃機関の、可変のタービンジオメトリを有するターボチャージャのベーン支承リングであって、ターボチャージャが、可変のタービンジオメトリのために、ベーン支承リング内で調節可能なタービンベーンを有しており、ベーン支承リングが、その支承面での固体潤滑剤作用を達成するための硫黄成分を有するオーステナイト系の鉄マトリックス合金から成っている形式のものに関する。
【０００２】
最近の高出力エンジンにおいて、例えば米国特許第４６４３６４０号明細書に記載のターボチャージャで「構成部分３８」として使用されているような、耐久的に機能を果たし得るベーン支承リングには、極めて高い材料要求が課される。相応に適した材料は、十分なクリープ抵抗、高温時でもベーン支承リングの熱的なひずみを回避する高い寸法安定性、高い耐摩耗性ならびに十分な耐酸化性を有していなければならない。上位概念部に記載した形式のベーン支承リングのひずみ、クリープまたは強い酸化が生じると、タービンガイドベーンのロック、つまり固着に至り得る。すなわち、ターボチャージャ横断面はもはやガイドベーン調節によりエンジンの運転状態に適合され得ない。
【０００３】
ベーン支承リングとして、従来、主に高い割合のクロムおよびクロムカーバイドを含有するフェライト系の材料が使用される。熱的により高く負荷されるベーン支承リングでは、クロムカーバイドを含有するオーステナイト系の材料が使用される。この種の合金は例えば、それぞれ質量％で示す以下の成分を含有する：Ｃ＝０．４〜０．７、Ｃｒ＝１８〜２１、Ｎｉ＝１２〜１４、Ｓ＝０．２〜０．４、Ｓｉ＝１．８〜２．２（残りとしての鉄と３％までの不特定の合金成分もしくは不純物とを有する）。そのような合金は以下合金ＰＬ２３と呼ぶ。
【０００４】
本発明の課題は、上位概念部に記載した形式のベーン支承リングを、材料に関して、極度に高い温度での使用のために機能信頼性に設計することである。特に８５０℃を上回る温度での高いクリープ抵抗および高い強度の達成に努める。特にこのような高い温度時、上位概念部に記載した形式のベーン支承リング内でのタービンベーンの可動性は完全に保証されているべきである。
【０００５】
この課題は、請求項１の特徴部に記載した合金組成、つまりタングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、レニウム（Ｒｅ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、ハフニウム（Ｈｆ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）などの単数または複数の合金元素１〜６質量％を有する、上位概念部に記載した形式のベーン支承リングにより解決される。
【０００６】
特に有利なベーン支承リング合金は従属請求項の対象である。有利には、それぞれ質量％で示す個々の合金元素を有する次の合金組成、Ｃ＝０．４〜０．６、Ｃｒ＝１８〜２７、Ｎｂ＝１．４〜１．８、Ｎｉ＝１２〜２２、Ｓ＝０．２〜０．５、Ｓｉ＝２．９〜３．２、Ｗ＝２．４〜２．８、残り＝鉄、不純物もしくは不特定の合金元素は３まで、を有する。その際、請求項３に記載した合金、つまりそれぞれ質量％で示す個々の合金元素を有する次の合金組成、Ｃ＝０．４〜０．６、Ｃｒ＝１８．５〜２０．５、Ｎｂ＝１．４〜１．８、Ｎｉ＝１２．５〜１４、Ｓ＝０．２５〜０．４５、Ｓｉ＝２．９〜３．１５、Ｗ＝２．４〜２．８、残り＝鉄、不純物もしくは不特定の合金元素は３まで、を有する合金と、請求項４に記載した合金、つまりそれぞれ質量％で示す個々の合金元素を有する次の合金組成、Ｃ＝０．４〜０．６、Ｃｒ＝２４．５〜２６．５、Ｎｂ＝１．４〜１．８、Ｎｉ＝１９．５〜２１．５、Ｓ＝０．２５〜０．４５、Ｓｉ＝２．９〜３．１５、Ｗ＝２．４〜２．８、残り＝鉄、不純物もしくは不特定の合金元素は３まで、を有する合金とは、特に良好な解決策であることが判った。
【０００７】
本発明は、出力向上されるエンジンにおいてベーン支承リング材料の特に耐クリープ性および強度に対する高められた要求を、固体の潤滑剤特性をもたらす硫黄成分を有し、高融点の合金元素が添加されているオーステナイト系の鉄材料により充足するという一般的な思想に基づく。その際、これらの合金元素は単独でまたは複数のこれらの元素の存在時に、少なくとも１質量パーセント〜６質量パーセントの質量割合を占めるべきである。
【０００８】
ベーン支承リング材料の、本発明により達成可能な高められた耐クリープ性は、より高い温度時に、ベーン支承リングの高い寸法安定性を生む。合金中の硫黄成分に由来する固体潤滑剤作用により、良好な潤滑が、特にベーン支承リングとこのベーン支承リング内に支承されたタービンベーンとの間の接触面に生じる。本発明による材料使用時、タービンベーン、すなわちガイドベーンのロックは高温時に確実に回避される。
【０００９】
図面には、本発明によるベーン支承リング材料のための幾つかの特性グラフが示されている。個々のグラフに示した曲線は、Ａが付されていれば、請求項３に記載した材料に該当し、Ｂが付されていれば、請求項４に記載した材料に該当する。
【００１０】
個々のグラフの説明
図１ａ，１ｂ
これらのグラフは、段階的な負荷時の合金Ａ，Ｂのクリープ特性を示している。この試験では、２ＭＰａずつ、３５秒の保持時間が与えられており、保持時間の最後の５秒のクリープ率が測定されている。図１ａは７００℃でのクリープ特性を示しており、図１ｂは９００℃でのクリープ特性を示している。
【００１１】
図２
このグラフには、温度に依存した合金Ａ，Ｂの弾性率（Ｅｌａｓｔｉｚｉｔａｅｔｓｍｏｄｕｌ：Ｅ−Ｍｏｄｕｌ）ならびに剛性率（Ｓｃｈｕｂｍｏｄｕｌ：Ｇ−Ｍｏｄｕｌ）が記載されている。
【００１２】
図３
このグラフは、温度に依存した合金Ａ，Ｂの熱膨張係数を示している。
【００１３】
図４
このグラフには、縦軸に、温度に依存した合金Ａ，Ｂの高温硬さ（ＨＶ１０）が記載されている。
【００１４】
図５
縦軸には、それぞれ２時間の保管および空冷後の、温度に依存した合金Ａ，Ｂの硬さ（ＨＢ２．５／１８７．５）が示されている。
【００１５】
図６
この図は、合金Ａ，Ｂに関してそれぞれ室温で、ρ＝密度、λ＝熱伝導度、Ｒｐ０２＝弾性限度、Ｒｍ＝引張強さ、Ｅ＝弾性率の値が記載されている表である。
【００１６】
明細書および特許請求の範囲に記載したすべての特徴は、個別的にも、互いに組み合わされた任意の形態でも本発明の本質を成すものであり得る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】段階的な負荷時の合金Ａ，Ｂのクリープ特性（図１ａは７００℃でのクリープ特性、図１ｂは９００℃でのクリープ特性）を示す図である。
【図２】温度に依存した合金Ａ，Ｂの弾性率（Ｅ−Ｍｏｄｕｌ）ならびに剛性率（Ｇ−Ｍｏｄｕｌ）を示す図である。
【図３】温度に依存した合金Ａ，Ｂの熱膨張係数を示す図である。
【図４】温度に依存した合金Ａ，Ｂの高温硬さ（ＨＶ１０）を示す図である。
【図５】それぞれ２時間の保管および空冷後の、温度に依存した合金Ａ，Ｂの硬さ（ＨＢ２．５／１８７．５）を示す図である。
【図６】合金Ａ，Ｂに関してそれぞれ室温で、ρ＝密度、λ＝熱伝導度、Ｒｐ０２＝弾性限度、Ｒｍ＝引張強さ、Ｅ＝弾性率の値を示す図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008525630.tif 000008
【国際調査報告】
2008525630.tif 000009
2008525630.tif 000010
2008525630.tif 000011
2008525630.tif 000012
2008525630.tif 000013