セラミック・ターボチャジャー

レシプロエンジンの有力な代替機関としてガスタービンが研究開発されてきた。特に熱効率向上の観点からタービン入り口温度の高温化が必要で、耐熱材料としてセラミックの採用が検討されてきた。この技術を乗用車用ターボチャージャに応用し、ターボラグを改善した。
ガスタービンに比べターボチャージャの温度は1200Kと低いため、破壊靭性と強度の高い窒化珪素を選択した。成形はガスタービンと同様にブレードリング部とシャフト部を別々に成形し一体化している。製法としてガス圧焼結法を採用し、三次元有限要素解析で形状の最適化をはかることにより、高強度のロータを得ることができた。金属製ロータと異なり
1)背板部から軸へ向かっての手－パ形状
2)背板部から軸部の接続形状
3)翼先端部から根元部への肉厚分布
4)イクスデューサ側のハブ形状
5)翼の肉厚形状に留意して
設計されている。
軸は強度、製造コストの面から金属軸を用いた。基本組成、熱膨張係数の著しく異なる異種材料の接合は技術的に難しい。接合位置、要求強度、耐熱性などを考慮して、各種接合法を検討し、軸折損時にエンジンへの影響の少ない高音部接合とし、接合法としてろう付、及び焼ばめを選定した。
ホットスピンテストを実施すると共に、Slow Crack Growth理論に基づく亀裂伸展速度の定数をもとめ、寿命予測を行った。寿命には強度と負荷の影響が大きいが、強度は初期欠陥の長さの関数となる。最大欠陥の長さに相当する破壊応力を求め、この破壊応力に相当する応力をロータに負荷すると、残存したロータ内に残存する欠陥の長さは許容最大欠陥長さ以下になっている。このアイデアに基づいて保証試験を実施し、品質を保証した。
回転体アッシーの回転慣性モーメントは約34％低減し、ターボチャージャが0から10万rpmに達するまでの時間は約36％向上した。