現代のターボチャージャー付きエンジンにおいて、シーリングリングは、極めて高い燃焼エネルギーと機械的完全性の間の究極の防御を担っています。タービンシャフトの重要な接合部に配置されたこれらの小型部品は、以下の条件に耐えます。
- 950℃の排気ガス
- 180,000 rpmの遠心力
- **脈動圧力差が3バール超**
故障により、オイルのコークス化、ブースト漏れ、またはベアリングの壊滅的な焼き付きが発生するため、シーリングのイノベーションが最も重要になります。
I. シーリングの三位一体：機能と故障モード
ターボシールの三位一体機能と破壊境界
| 関数 | 位置 | 失敗の結果 |
|---|---|---|
| 石油封じ込め | コンプレッサー/タービンシャフトジャーナル | 排気ガスへのオイル侵入 → 青煙排出、触媒コンバーターの被毒 |
| ブースト圧力ロック | コンプレッサーバックプレート | パワーロス、ターボスプール応答の遅延（例：15%以上のブースト低下） |
| 排気ガス遮断 | タービンハウジングインターフェース | 高温ガス漏れ→軸受油の炭化 |
II. 材料の進化：グラファイトから先進的なFKM/PTFEハイブリッドまで
材料の進化：高温ポリマーの勝利
- 伝統的な素材の限界
- グラファイトコーティングされたスチールリング: CTEの不一致により750°C以上で亀裂が発生
- シリコーンゴム（VMQ）: 直接排気経路で劣化します（250°C以上で500時間未満の耐用年数）
- フッ素エラストマーのブレークスルー
- 高温FKM (例: DuPont™ Viton® Extreme™): 300°C のピーク温度に耐え、優れた耐油性を備えています。
- PTFE複合材料: 炭素繊維/グラファイトフィラー → 摩擦係数が 40% 低下し、耐摩耗性が向上 (例: Saint-Gobain NORGLIDE® HP)。
- 多層シールリング: スチールスケルトン + FKM シーリングリップ + PTFE 摩擦面 → 動的シーリングと静的シーリングを統合します。
III. デザインの課題：回転と静止の間で踊る
設計上の課題：動的・静的インターフェースにおける精密なバランス
- 熱膨張の迷路: タービンシャフト (鋼鉄) とハウジング (鋳鉄) 間の膨張差は最大 0.3mm → ラジアルコンプライアンスが必要となります。
- ミクロンレベルのクリアランス制御理想的な油膜厚さは3～8μmです。油膜厚さが不足すると乾燥摩擦が発生し、油膜厚さが過剰になるとオイル漏れが発生します。
- 逆圧トラップ: 低速時のコンプレッサの背圧が不十分 → スプリングアシストリップ拡張が必要 (例: ウェーブスプリング設計)。
IV. 未来のフロンティア：スマートシールと材料革命
未来のフロンティア：統合センシングと超高温材料
- 組み込みセンサー: シール温度/摩耗を監視 RFID タグ → 予測メンテナンスを可能にします。
- セラミックマトリックス複合材料（CMC）: 1000°C 以上に耐える (例: SiC/SiC)、次世代リーンバーン ターボに適用。
- アクティブエアフィルムシール: ブースト圧力を利用して動的ガスバリアを形成 → ほぼゼロの摩擦 (例: BorgWarner eTurbo™ コンセプト)。
投稿日時: 2025年6月19日