JPS5925841B2 - ロ−タリピストンエンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はロータリピストンエンジンに関し、詳しくは
、トロコイド表面にピンポイントタイプポーラスとチャ
ネルタイプポーラスとの複合ポーラスクロムメッキを施
したロータハウジングと、硬質アペックスシールとを組
み合せ、有鉛ガソリンの使用によって悪化した摺動条件
下においてもロータハウジングとアペックスシールとの
間に十分な摺動性能を付与するものである。

周知のように、ロータリピストンエンジンはトロコイド
状のロータハウジング内周面をロータが遊星回転運動し
ながら摺動するものであり、アペックスシールとロータ
ー・ウジング内周面は振動や衝撃および摩擦による機械
的負荷のほか、エンジンの爆発燃焼による熱衝撃、熱膨
張等の熱的負荷も直接受ける過酷な条件下におかれてい
るものであり、このため、ロータハウジング内周面の硬
質クロムメッキ表面にはチャタ−マークと呼ばれる異常
摩耗をはじめ、引っかき傷や摩耗が発生する欠点があっ
た。

これらの欠点に対し現在では種々の対策、すなわちアペ
ックスシールとロータハウジング内周面のクロムメッキ
の硬度のつり合℃・を良くしたり、クロムメッキ表面を
ピンポイントタイプあるいはチャネルタイプのポーラス
にして潤滑性能を向上させ、チャタ−マーク等の発生を
旧前に比べ大巾に減少せしめるに至っている。

一方国内において燃料用ガソリンは公害防止の観点から
無鉛化がはかられ、現在では普通のガソリンは完全無鉛
化がなされている。

前記したクロムメッキ面のチャネルタイプもしくはピン
ポイントタイプのポーラス化によるチャタ−マーク等の
発生防止対策はこの無鉛ガソリンを使用しながら開発さ
れたものであり、諸外国で未だ使用されている有鉛ガソ
リンについては未検討であった。

一般的に有鉛ガソリンはそのガソリン中の四エチル鉛が
燃焼室壁面等で潤滑剤として作用し、耐摩耗性を向上す
るものであると考えられているが、実験の結果、ロータ
リピストンエンジンのポーラスクロムメッキ面に対して
は悪影響を与えることが知見された。

この悪影響の原因はガソリン燃焼時に生成される鉛化合
物がポーラスメッキ面に付着し、独立気孔の開口端を閉
塞したりチャネル溝を遮断することによる潤滑機能の低
下によるものと判明した。

エンジンとしては独立した気孔を特徴とするピンポイン
トタイプポーラスクロムメッキでは、潤滑油の拡がり性
に対して不利なため、有鉛ガソリンを使用した場合、鉛
の作用による潤滑性悪化のため、チャタテマークが発生
しやすい。

また、連続した溝をもつチャネルタイプポーラスクロム
メッキでは、潤滑油の拡がり性は向上し有鉛ガソリンの
場合もチャタ−マークは発生し難いが、油路遮断による
潤滑性劣化とメッキ硬度を高くした場合に溝が非常に微
細になり潤滑油の保持性に欠けるため引掻き傷を発生さ
せやすい。

この発明は上記問題点に対し種々実験研究の結果、独立
気孔の開口端が閉塞されても油の供給基地としての機能
は維持させ、一方チャネル溝の途中が遮断されても溝の
両方から油の供給を十分なさしめ、全体として潤滑性が
低下することのないようにしたポーラス形状を得るに成
功したものである。

具体的には有鉛ガソリンを使用した場合にチャタ−マー
クや引掻き傷を発生させないために、ピンポイントタイ
プポーラスとチャネルタイプポーラスとのそれぞれの欠
点を補うように両者を適度な割合で共存させ、有鉛ガソ
リンに対するピンポイントタイプポーラスの耐引掻き性
に、チャネルタイプポーラスの耐チャタ−マーク性を付
与した内周面をロータハウジングに施すと共に、有鉛ガ
ソリンによって潤滑性が悪化しても、それがただちにチ
ャタ−マークや引掻き傷とならないようにロータハウジ
ング内周面とアペックスシールの両者の硬度を向上させ
、かつ高硬度で調和させたことを特徴とするロータリピ
ストンエンジンを提供するものである。

詳しくは、この発明に係るロータリピストンエンジンは
、摺動面に炭化物が５０〜７０容量係あり、硬度がＨｖ
７００〜９００の鋳鉄ベースの材料からなるアペックス
シールと、硬度Ｈｖ ９３０〜１２００のクロムメッキ
の内周面に、気孔率５〜４０係のピンポイントタイプの
気孔と、気孔率５〜４０係のチャネルタイプの気孔とを
総気孔率１０〜６０係の範囲でかつ上記両タイプの比率
を１：３ないし３：１、好ましくは１：２ないし２：１
の範囲内にあるように施したロータハウジングとを組み
合せてなるものである。

以下、この発明を図面を参照して詳述する。

第１図に示す如く、ローター・ウジング１のトロコイド
状の内周面には、夫々独立した気孔２をもつピンポイン
トタイプポーラスメッキと、上記気孔２と連通した溝３
をもつチャネルタイプポーラスメッキの両者を施し、気
孔２と溝３とを混在させている。

上記内周面の成形工程は、第２図に示す如く、まず、ロ
ータハウジング１のトロコイド表面に硬度Ｈｖ ９３０
〜１２００程度のクロムメッキを行い、次いで逆電処理
して微細な割れ目を形成し、その後、研削を行って気孔
率５〜４０係の夫々独立した気孔２をもつピンポイント
タイプポーラスクロムメッキ（第２図ＩＩＩ）とする。

ついで、このピンポイントタイプポーラスクロムメッキ
の表面を再び逆電処理し、夫々連続すると共に上記気孔
２とも連続する構３を気孔率５〜４０係でもつ微細なチ
ャネルタイプポーラスを形成し、最終的にピンポイント
（気孔２）とチャネル（溝３）とを混在した複合ポーラ
スクロムメッキとしたもので、総気孔率を１０係〜６０
係に確保し、ピンポイントとチャネルの比率を１：３〜
３：１としている。

（第２図■） 上記した各種の限定条件は下記の理由により特定したも
のである。

（１）クロムメッキの硬度をＨｖ ９３０〜１２００と
したのは、Ｈｖ ９３０未満ではチャタ−マークと引掻
き傷を発生し、Ｈｖ １２００を超えるとアペックスシ
ール側の摩耗が増大するからである。

すなわち、例えば第８図に示すように、アペックスシー
ルの硬度Ｈｖ７００．総気孔率１０係、ピンポイントタ
イプとチャネルタイプの比率１：１でかつ後述と同じテ
スト条件でチャタ−マーク発生テストをした結果、実線
ａのようにクロムメッキの硬度Ｈｖ ９３０未満では、
エンジンの出力低下や擦過音発生の点から定められた限
界値５μを越え、実用エンジンとして使用できなくなる
。

また、アペックスシールの硬度Ｈｖ９００．総気孔率１
０係、ピンポイントタイプとチャネルタイプの比率１：
１でかつ後述と同じテスト条件で引掻き傷発生テストを
した結果第８図点線すのように、クロムメッキの硬度Ｈ
ｖ９３０未満では引掻き傷の深さが、出力低下の点から
定めた限界値１０μを越え、実用エンジンとして使用で
きなくなる。

さらに、第９図に示すように、アペックスシールの硬度
Ｈｖ７００．総気孔率１０係、ピンポイントタイプとチ
ャネルタイプの比率１：１でかつ後述のチャタ−マーク
発生テストと同じテスト条件で、アペックスシールの摩
耗テストをした結果、実線ａのようにクロムメッキの硬
度Ｈｖ１２００以上では、アペックスシールの表面チル
層の厚さ２．３ ｍｍを超えるため急激に摩耗すること
が明らかとなった。

（２） ピンポイントタイプポーラスメッキは引掻き
傷の発生を防止するために必要なものであり、その気孔
率を５〜４０係としたのは、５係未満では耐引掻き偏性
が十分得られず、また上限を４０係としたのは、再度逆
電することによってチャネルタイプポーラスを付与する
時に表面が粗雑になりクロムメッキの摩耗が増加するの
を防ぐためである。

すなわち、第１０図に示すように、クロムメッキの硬度
Ｈｖ１２００，７ペツクスシールの硬度Ｈｖ９００．チ
ャネルタイプとピンポイントタイプの比率１：１でかつ
後述と同じテスト条件で引掻き傷発生テストをした結果
、実線ａのようにピンポイントタイプポーラスクロム
メッキの気孔率が５ｔｆｌ）未満では引掻き傷の深さが
上述の限界値１０μを起えた。

また、クロムメッキの硬度Ｈｖ−９３０，アペックスシ
ールの硬度Ｈｖ９００．ピンポイントタイプとチャネル
タイプの比率２：ｌでかつ後述のチャタ−マーク発生テ
ストと同じテスト条件でクロムメッキの摩耗テストをし
た結果、第１０図点線すで示すようにピンポイントタイ
プの気孔率が４０係を超えるとクロームメッキの厚さ６
０μを超えて摩耗することが判明した。

（３）チャネルタイプポーラスクロムメッキはチャタ−
マークの発生防止に必要なものであり、その気孔率を５
〜４０チとしたのは、５係未満では耐チャタ−マーク性
が十分得られず、また上限を４０係としたのは総気孔率
を１０〜６０係の範囲に保つためである。

すなわち、第１１図に示すようにクロムメッキの硬度Ｈ
ｖ９３０．アペックスシールの硬度Ｈｖ７００．ピンポ
イントタイプとチャネルタイプの比率１：１でかつ後述
と同じテスト条件でチャタ−マーク発生テストをした結
果、チャネルタイプの気孔率が５係未満でチャタ−マー
クの深さが、エンジンの出力低下および擦過音の発生の
点から定めた限界値５μ以上になることがわかった。

（４）総気孔率を１０〜６０ａＩ）としたのは、この範
囲がポーラスクロムメッキとしてトロコイド表面に対し
て有効に作用する範囲であり、１０係未満では潤滑油の
保有量が少ないため潤滑性が不足し、チャタ−マークや
引掻き傷が許容限度を超えて発生すると共に摩耗量も増
大する。

また、６０係を超えると摺動面積が少なくなり、アペッ
クスシール摺動時の面圧が高くなり摩耗量が増大し好ま
しくないからである。

すなわち、第１２図に示すように、クロムメッキの硬度
Ｈｖ９３０．アペックスシールの硬度Ｈｖ７００゜ピン
ポイントタイプとチャネルタイプの比率１：１でかつ後
述と同じテスト条件でチャタ−マーク発生テストをした
結果、実線ａのように総気孔率が１０係未満ではチャタ
−マークの深さが上記限界値の５μ以上となる。

またクロムメッキの硬度Ｈｖ９３０．アペックスシール
の硬ｉＨｖ ９００ 、ピンポイントタイプとチャネル
タイプの比率２：１でかつ後述のチャタ−マーク発生テ
ストと同じ条件にてクロムメッキの摩耗テストを行った
結果、第１２図点線すのように総気孔率が６０係を超え
るとメッキ層の厚さ６０係を越えて摩耗することがわか
った。

（５）ピンポイントタイプポーラスとチャネルタイプポ
ーラスとの割合を１：３または３：１の範囲内にしたの
は後述する実験例より明らかなように、それぞれのタイ
プの持つ利点の相乗効果を与えるためであり、この領域
をはずれて、ピンポイントタイプポーラスの割合が高い
場合はチャタ−マークが発生し、チャネルタイプポーラ
スの割合が高い場合は引掻き傷が発生し易くなる。

これらの関係については、後述する第７図によって説明
する。

尚、上記ピンポイントタイプポーラスとチャネルタイプ
ポーラスとの好ま１−い気孔率及びその割合は第３図に
示す通りであり、ロータハウジングの摺動面総面積をＳ
、ピンポイン）ｌイブポーラスの気孔面積を８１、チャ
ネルタイプポーラスの気孔面積を８２とすると、前記し
た下記の限定条件となる。

上記両者の好ましい割合は図中鎖線で示す如く、下記の
通りである。

上記したロータハウジングのトロコイド状内周面と摺接
する第１図に示すアペックスシール４は摺動面に炭化物
が５０〜７５容量係あり、硬度がＨｖ７００〜９００の
鋳鉄ベースの材料から形成される。

上記アペックスシールの限定条件は下記の理由により特
定されたものである。

即ち、有鉛ガソリンを使用するロータリピストンエンジ
ンにおいて、アペックスシールハ過酷す摺動条件下にお
かれ、鉛化合物の生成による潤滑性の悪化がアペックス
シールとクロムメッキの直接的な金属接触を起こし、引
掻き傷やチャメーマークを発生する。

このため、アペックスシールの摺動面には非金属が多く
あることが望ましく、かつ、耐摩耗性の優れたものでな
ければならず、さらにロータハウジングのクロムメッキ
の硬度より多少低い硬度であることが必要である。

このような要求を満たすアペックスシールの材質はクロ
ムメッキとの相性より鋳鉄ベースの合金材料が好ましい
。

炭化物の量を５０〜７５容量係としたのは、５０係未満
では有鉛ガソリン使用時に金属接触する部分が多くなり
、引掻き傷やチャタ−マークが許容限度以上に発生する
からであり、７５係を超えると炭化物を含めることがで
きず製造困難となるほか、強度や靭性が低下するからで
ある。

すなわち、第１３図に示すようにクロムメッキの硬度Ｈ
ｖ９３０．総気孔率１０％チャネルタイプとピンポイン
トタイプの比率１：１でかつ後述と同じチャタ−マーク
発生テストを行った結果、実線ａで示すように炭化物の
量が５０係未満ではチャタ−マークの深さが上述した限
界値の５μ以上となった。

硬度がＨｖ７００−９００としたのは、Ｈｖ ７００未
満では有鉛ガソリン使用時に耐摩耗性が不足し、逆に、
Ｈｖ ９００を超えるとロータハウジングのクロムメッ
キの硬度に近づき過ぎて、硬度上のつり合いが悪くなり
、クロムメッキの摩耗量を増大し、潤滑不足の時にクロ
ムメッキに引掻き傷を発生し易くなるからである。

すなわち、第１４図に示すようにクロムメヅ阜硬度Ｈｖ
１２００．チャネル−タイプとピンポイントタイプの比
率１：１．総気孔率１０％でかつ後述のチャタ−マーク
発生テストと同じテスト条件でアペックスシールの摩耗
テストをした結果、実線ａのようにアペックスシール硬
度Ｈｖ ７００未満ではアペックスシールがチル層の厚
さ２．３龍を越えて急激に摩耗を生じることが判明した
。

また、クロムメッキの硬度Ｈｖ９３０．ピンポイントタ
イプとチャネルタイプの比率２：１．総気孔率６０係で
かつ後述のチャタ−マーク発生テストと同じテスト条件
でクロムメッキの摩耗テストをした結果、第１４図点線
すのようにアペックスシールの硬度Ｈｖが９００を越え
るとクロムメッキの厚み６０μを越えて摩耗することが
判明した。

つぎに、この発明の実施例を下記の表に列記し、従来例
と比較してこの発明の詳細な説明する。

上記ピンポイント製造工程では、気孔率が５〜４０係に
なるような逆電及びホーニング条件により行っている。

また、ピンポイントにチャネルを付与する工程での逆電
は、上記浴組成の条件下であれば下記の理由より電流量
を２５ ＡＭ／ ｄ ｗｌ−１５０ＡＭ／ｄｍ”の範囲
とする必要がある。

（１） ２５ ＡＭ／ ｄ ｗ？未満では摺動面に対
して有効に作用するために充分なチャネルタイプが得ら
れない。

（２） １５０ ＡＭ／ｄイを超えると、複合ポーラ
スクロムメッキ表面が崩れ易くなり摺動面に対して悪影
響をおよぼす。

上記した製造工程により完成したロータノ・ウジング内
周面のメッキ表面を第４図Ｉ、ＩＦの１００倍顕微鏡写
真に示す。

この写真より明らかなように気孔率は実施例１を示す写
真Ｉでは２０ヂで、ピンポイントとチャネルの割合は１
：１であり、実施例２を示す写真■では総気孔率は５０
係、ピンポイントとチャネルの割合は２：１となってい
る。

上記各実施例のローター・ウジングをロータリピストン
エンジンとして組立て、次に示す従来例と同一条件で各
種の比較テストをした。

尚、従来例１は、ロータハウジング内周面に、気孔率約
５０係でピンポイントタイプポーラスクロムメッキを施
したものであり、従来例２は気孔率的２００１）でチャ
ネルタイプポーラスクロムメッキを施したものである。

また、上記各実施例１゜２及び従来例１，２に使用した
アペックスシールは、Ｃ３，ＯＺ 、 Ｓｉ ２．２％
＋ Ｍｎ ０．７％ ｓ Ｎ １２−０％ ｘ Ｍｏ
Ｏ−８％ ｓ Ｃｕ １． Ｏ％ ｓ残部Ｆｅからなる
アシキュラー鋳鉄製で、その摺動面をチル化し、炭化物
量６５容量係、硬度Ｈｖ ８５０としたものである。

以上のロータハウジングおよびアペックスシールの組合
せからなるロータリピストンエンジンを下記するテスト
に供し、その結果を比較した。

（１） 有鉛ガソリン使用によるチャタ−マーク発生
テスト テスト条件 単室容積５７３ｃｃ、２０一タ型式、出力１２５ＰＳの
エンジンを用い、３０００ｒｐｍからアクセル全開、全
負荷状態で７０００ ｒｐｍに回転数を上げ、この回転
数で約４０秒間保持した後、アクセルをもどし３０００
ｒｐｍまで回転数を下げる行程を１サイクル（水温も
変化させる）とし、これを９０００サイクル（これは、
実際の使用において十分な安全を見込んだエンジンの寿
命に相当する。

）行った後、エンジンを分解して検査・測定した。

このテスト結果を第５図の表に示す。

この表から明らかな通り、有鉛ガソリン使用時、ピンポ
イントタイプの従来例１は大きなチャタ−マークが発生
しているのに対し、本発明実施例ではいずれもチャタ−
マークの発生量は少なく、特に、実施例２の場合には、
その発生量は微少である。

（２）有鉛ガソリン使用による引掻き傷発生テストテス
ト条件 ８００ ｒｐｍ無負荷のアイドリンク状態で、冷却水温
３０℃に保ちながら１００時間運転した。

このテスト結果を第６図の表に示す。

この表から明らかなように、チャネルタイプの従来例２
では大きな引掻き傷が発生しているのに対し、本発明実
施例ではいずれも引掻き傷の発生は少なく、特に、実施
例２の場合はその発生量は微少である。

上記した２種のテストより明らかなように、有鉛ガソリ
ンに対して本発明の実施例は、チャタ−マーク、引掻き
傷の発生がともに防止できる。

また、有鉛ガソリン使用時におけるチャタ−マーク深さ
及び引掻き傷深さと、ピンポイントとチャネルとの割合
との関係を実験した結果は、第７図の表に示す通りであ
る。

この表から明らかなように、両者の割合を３：１〜１：
３の範囲、特に、２：１〜１：２の範囲がチャタ−マー
ク及び引掻き傷の深さが共に浅く、好適な範囲である。

すなわち、クロムメッキの硬度Ｈｖ９３０．アペックス
シールの硬度Ｈｖ７００．総気孔率２０係とした場合、
ピンポイントタイプとチャンネルタイプの比率が３＝１
よりさらにピンポイントの比率が大きくなるとチャタ−
マークの深さが前述した限界値５μを越え、エンジンの
出力低下や擦過音が大きくなる。

また、クロムメッキの硬度Ｈｖ１２００．アペックスシ
ールの硬度Ｈｖ９００．総気孔率２０チとした場合、ピ
ンポイントタイプとチャンネルタイプの比率が１：３よ
りチャンネルタイプの比率が大きくなると引っかき傷の
深さが前述した限界値１．０μを越え、エンジンの出力
の低下をもたらす。

以上の説明より明らかなように、この発明に係る内周面
にピンポイントタイプポーラスとチャネルタイプポーラ
スの複合ポーラスクロムメッキを施したロータハウジン
グと高硬度のアペックスシールとを組み合せてなるロー
タリピストンエンジンは、有鉛ガソリン使用時において
も十分な耐チャタ−マーク性、耐引掻き傷深及び耐摩耗
性を発揮する利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るロータリピストンエンジンのロ
ータハウジングとア クスシールの−ＷＭ？ｆｆｉ、
＠２［ｆｆ１Ｉ 〜Ｉｖ＆！ ／ｐ７、つ、７ケ。 内周面の製造工程を示す工、＝、第３図はピンポ／ インドタイプポーラス気孔率とチャネルタイプポーラス
の気孔率の相関関係を示すグラフ、第４図Ｉ、■はこの
発明の実施例を示す顕微鏡写真、第５図はこの発明の実
施例と従来例とのチャタ−マーク発生テストの結果を示
す表、第６図はこの発明の実施例と従来例との引掻き傷
発生テストの結果を示す表、第７図はチャタ−マーク深
さ及び引掻き傷深さとチャネルタイプポーラス及びピン
ポイントタイプポーラスとの相関関係を示すグラフ、第
８図は、クロムメッキの硬度とチャタ−マークの深さお
よび引っかき傷の関係を示すグラフ、第９図は、クロム
メッキの硬度とアペックスシールの摩耗の関係を示すグ
ラフ、第１０図は、ピンポイントタイプポーラスの気孔
率と引っかき傷の深さおよびクロムメッキの摩耗の関係
を示すグラフ、第１１図は、チャンネルタイプポーラス
の気孔率とチャタ−マーク深さの関係を示すグラフ、第
１２図は、総気孔率とチャタ−マークの深さおよびクロ
ムメッキの摩耗の関係を示すグラフ、第１３図は、アペ
ックスシールの炭化物の量とチャタ−マークの深さの関
係を示すグラフ、第１４図はアペックスシールの硬度と
アペックスシールの摩耗およびクロムメッキの摩耗との
関係を示すグラフである。 １・・・ロータハウジング、２・・・気孔、３・・・溝
、４・・・アペックスシール。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 硬度がＨｖ ９３０〜１２００のクロムメッキ内周
   面に、気孔率５〜４００りのピンポイントタイプの気孔
   と気孔率５〜４０循のチャネルタイプの気孔とを総気孔
   率ｉｏ〜６０係の範囲内でかつ上記両タイプの比率を１
   ：３ないし３：１の範囲内にあるように施したロータハ
   ウジングと、摺動面に炭化物が５０〜７５容量％あり硬
   度がＨｖ ７００〜９００の鋳鉄ベースの材料からなる
   アペックスシールとを組み合せてなるロータリピストン
   エンジン。 ２、特許請求の範囲１記載のロータリピストンエンジン
   において、上記ピンポイントタイプの気孔とチャネルタ
   イプの気孔との比率を１：２ないし２：１の範囲内にあ
   るようにしたロータリピストンエンジン