JPH0635837B2

JPH0635837B2 - ロ−タリピストンエンジンのロ−タハウジング

Info

Publication number: JPH0635837B2
Application number: JP60166391A
Authority: JP
Inventors: 浩次樽本; 智南場
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1985-07-26
Filing date: 1985-07-26
Publication date: 1994-05-11
Anticipated expiration: 2009-05-11
Also published as: US4729729A; JPS6226324A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ロータリピストンエンジンのロータハウジン
グに係り、特に、高出力化されたロータリピストンエン
ジンにおけるロータハウジングの摺動面の改良に関する
ものである。

（従来の技術）ロータリピストンエンジンにおけるロータハウジングの
内周面とこれに摺動するアペックスシールは、ともに振
動や衝撃および摩擦熱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・熱膨張などの熱的負荷を直
接受ける過酷な条件下に置かれている。このため、ロー
タハウジング内周面に施される硬質クロムメッキの表面
には、異常な摩耗、チャターマークや引掻き傷が発生す
るという難点がある。

このような難点を解消するために、アペックスシールと
ロータハウジング内周面に施されるクロムメッキの硬度
の均衡を調整したり、あるいは、クロムメッキ表面にピ
ンポイントやチャンネルタイプ、あるいはそれらを複合
したタイプのポーラスを形成することによって潤滑性を
向上させるなどの処理が講じられてきた。

このような処理は、ロータリピストンエンジン限らず、
往復動内燃機関の分野においても周知であり、例えば、
特公昭４１−１８６０４号公報に開示されているよう
に、鋳鉄製のシリンダライナーに耐食耐摩耗性を有する
Ｃｒ−Ｍｏ合金（Ｍｏ：１〜５％含有）メッキを施し、
さらに、この上に加工性およびピストンリングとの初期
馴染み性を向上させるためのポーラスクロムメッキを施
したものがある。これは、Ｃｒ−Ｍｏ合金は硬くて耐摩
耗性を有する反面加工性が悪いので、２層のうち表層と
なるポーラスクロムメッキ層で仕上げ加工を行おうとす
るものである。

一方、近時、ターボチャージャーやエアーポンプなどの
システムを採用した高出力ロータピストンエンジンにあ
っては、燃焼室内の温度上昇やガス圧力の増大などによ
り、ピストンの摺動面に油膜切れが発生し、ロータハウ
ジングの内周面はさらに苛酷な条件に曝され、これまで
の処理では対処できなくなってきている。すなわち、高
出力エンジンにおける不具合として、前述したチャター
マークなどの発生とその進行、およびアペックスシール
の焼付きによる異常摩耗の発生、さらに、これらによる
ガス抜けに起因した圧縮圧力の低下を引き起すことなど
が挙げられる。

これらの不具合に対処するためには、摺動特性の向上を
図るべく、例えば、潤滑オイルの供給量を増やすことが
考えられるが、それによってオイル消費の増大やエミッ
ションの悪化などの新たな問題が発生するので、適切な
処置であるとは言えない。そこで、摺動部に施されるメ
ッキの材質をさらに改良するような、根本的な対策が講
じられることが望まれる。

（発明の目的）本発明は上述のような問題に鑑みてなされたものであ
り、ロータリピストンエンジンの高出力化に対応できる
ように、ロータハウジングのトロコイド面に、適切な合
金メッキを施すことにより、高い耐熱性および耐摩耗性
と良好な摺動特性を得られるようにすると共に、高温下
にあっても硬度の低下が少ないロータリピストンエンジ
ンのロータリハウジングを提供することを目的とする。

（発明の構成）上記目的を達成するために、本発明は、内周面にアペッ
クスシールが摺動するトロコイド面を有するロータリピ
ストンエンジンのロータリハウジングを前提とし、アペ
ックスシールと摺動する上記トロコイド面の表面層とし
て、モリブデンを０．５０〜２．００重量％含有し、か
つ、上記アペックスシールと摺動する表面をポーラス状
としたポーラスクロム・モリブデン合金メッキ層を設け
る構成とするものである。

（実施例）以下に、本発明をその実施例に基いて、種々詳細に説明
する。

第２図は、本発明が適用されるロータリピストンエンジ
ンの簡略図で、ロータハウジング１のトロコイド面２
に、出力軸３を回転させるロータ４の各頂部に装着さた
アペックスシール５が密着摺動するようになっている。
このようなエンジンは、吸気口６からオイルを含んだ燃
料が作動室７に吸入され、ロータ４の回転と共に圧縮さ
れつつ矢印８方向に移動した燃料が、点火プラグ９Ａ，
９Ｂにより着火されて膨脹し、燃焼ガスの圧力により出
力軸３に回転を与えた後排気口１０から排気され、その
ような一連の行程が繰り返されるものである。

ロータハウジング１は、第１図に示すように、トロコイ
ド面２が形成された例えば高張力鋼板製のライナー１１
の背面に目立てが施され、このライナー１１がアルミ合
金に鋳ぐるまれるなどして製作され、そのライナー１１
の内周面には、ポーラスクロム・モリブデン合金メッキ
層（以下、ポーラスＣｒ−Ｍｏ合金メッキ層と記載す
る）１２が上記のアペックスシール５と摺動する最表面
層として形成されている。このポーラスＣｒ−Ｍｏ合金
メッキが施されたトロコイド面２は、上記のようにアペ
ックスシール５が高度な密着度で摺動するため、特に高
い耐熱性および耐摩耗性と円滑な摺動特性が要求され
る。

上記ポーラスＣｒ−Ｍｏ合金メッキ層１２は、０．５０
〜２．００％のモリブデンを含有し、上述の各要求を満
たし、高出力ロータリピストンエンジンのロータハウジ
ング１の摺動面として優れた適性を具備するものであ
る。このＣｒ−Ｍｏ合金メッキ層１２を形成するための
メッキ液としては、通常のサージェント型クロムメッキ
液（無水クロム酸：２５０ｇ／，硫酸２．５０／）
に、モリブデンをモリブデン酸またはモリブデン酸塩
（モリブデン酸ナトリウムやモリブデン酸アンモニウム
など）の形で添加した液を使用する。本実施例の場合、
モリブデン酸ナトリウム（Ｎａ_２ＭｏＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）
を５０〜１２０％の濃度範囲で添加したものを用いた。
メッキ浴温：５０℃，電流密度：５０Ａ／ｃｍ^２を標準
とした。なお、メッキ層中のモリブデン析出量は、主と
して前述のモリブデン酸ナトリウムの添加量によって異
なり、５０〜１２０ｇ／の範囲で得られるモリブデン
は、０．５０〜２．００％である。

このようなメッキ条件により、ロータハウジング１の内
周面に種々のモリブデン含有量Ｃｒ−Ｍｏ合金メッキを
施し、エンジンテストを行った結果を第１表および第３
図に示す。なお、メッキ表面は、以下のように逆電解法
によってポーラス状とした。すなわち、メッキ直後、電流密度５０Ａ／ｃｍ
^２で、２分間の逆電解を行い、チャンネル状クラックを
形成する。次に、メッキ表面をホーニング加工し、ピン
ポイントタイプのポーラスを形成した後、さらに、逆電
解（電流密度５０Ａ／ｃｍ^２，１分間）を行ってチャン
ネルを発生させ、複合ポーラスを形成した。また、アペ
ックスシール５には、第２表に示す組成の合金鋳鉄をチ
ル処理したもの（硬さＨｖ７００〜９１０）を使用し
た。

上記エンジンテストは以下のような要領で行われ、ロー
タハウジング１の内周面にポーラスＣｒメッキを施した
従来品との比較を行った。エンジン回転数を３０００ｒ
ｐｍからアクセルを全開にし、全負荷状態で７０００ｒ
ｐｍに上げ、この状態を４０秒間保持し、その後、アク
セルを戻して３０００ｒｐｍまで下げる操作を１サイク
ルとする。このようなサイクルを９０００サイクル繰り
返した後、エンジンを分解し、ロータハウジング１の内
周面のチャターマーク、引掻き傷の程度およびアペック
スシール５の焼付き、摩耗量について評価および計測
し、第１表に記載した。また、圧縮圧力の低下を調べる
ために、上記のテスト中１０００サイクル毎に圧縮圧力
を測定し、これを第３図に表示した。なお、上記１サイ
クル毎に冷却水の温度も強制的に変化させた。

まず、第１表より、ロータハウジング１の内周面におけ
るチャターマークおよび引掻き傷の程度、アペックスシ
ール５の摩耗の形態、摩耗量および焼付きの有無の諸点
について、Ｍｏ含有量０．５０〜２．００％の範囲でポ
ーラスＣｒ−Ｍｏ合金メッキを施したロータハウジング
１（実施例Ｉ〜IV）は、ポーラスＣｒメッキを施した従
来品およびモリブデン含有量が低い比較例（Ｍｏ含有量
０．３５％）よりも明らかに良好な結果を得ていること
が判る。なお、上述のチャターマークや引掻き傷の程度
は、その損傷度を６段階に分け、最も損傷の小さいもの
を５、最も大きいものを０として評価した。また、第３
図に示す圧縮圧力の測定結果から、圧縮圧力の低下とい
う点について、従来品およびモリブデン含有量が低い比
較例（Ｍｏ含有量０．３５％）においては、概ね５００
０サイクル以上になると、圧力値の低下する現象が顕著
に現れるが、本発明の実施例Ｉ〜IVにおいては、そのよ
うな傾向は認められず、安定した圧縮圧力が保持されて
いることが判る。また、モリブデンを添加することによ
る効果として、各種酸に対する耐腐触性が著しく向上す
ることは周知であり、摺動部の耐久性の向上も期待され
る。

このように従来品と比較して格段に優れた品質特性をも
つロータハウジングが形成される根拠となるモリブデン
含有量０．５０〜２．００％のＣｒ−Ｍｏ合金メッキが
具備する主要な特性を、以下の実験結果に基づいて解説
する。

１）耐熱性について、第４図に加熱による硬さの変化を、従来のＣｒメッキと
比較して示す。この結果から、Ｃｒ−Ｍｏ合金メッキは
Ｃｒメッキと比較して加熱温度の上昇に伴う硬さの低下
の度合が少ないことが判る。このことから、Ｃｒ−Ｍｏ
合金メッキが高度の耐熱耐摩耗性が要求される高出力エ
ンジンの摺動面として、より適していることが判る。な
お、モリブデン含有量が０．５％未満の場合、上記の傾
向は見られない。第５図にＣｒ−Ｍｏ合金メッキのモリ
ブデン含有量と硬さおよび外観の変化を示す。モリブデ
ン含有量が２％を越えると外観は灰色状となり、硬さも
急激に低下する。したがって、２％をモリブデン含有量
の上限とする。

２）オイルの濡れ性について、第６図にオイルの拡がり性について、Ｃｒメッキと比較
した測定結果を示す。これは、ＣｒメッキおよびＣｒ−
Ｍｏ合金メッキ試験片（厚さ５０μ）をホーニング仕上
げ（＃１０００）した後、一定の高さからオイル（市販
の１０ｗ−３０）を一滴滴下し、その後、時間の経過に
伴うオイルの拡がり性（拡がり面積）について測定した
ものである。この結果から、Ｃｒ−Ｍｏ合金メッキは、
Ｃｒメッキに比べて、オイルの拡がり性に優れているこ
とが判る。したがって、良好な潤滑特性が要求される摺
動面に、Ｃｒ−Ｍｏ合金メッキがより適していることが
判る。

３）摩擦係数について、第３表にピンディスク式摩耗試験機を用いて測定したア
ペックスシール５と同じ材質のチル合金鋳鉄に対する動
摩擦係数をＣｒメッキと比較して示す。この結果より、
Ｃｒ−Ｍｏ合金メッキの動摩擦係数がより低いことが判
る。

以上より、高出力ロータリピストンエンジンのロータハ
ウジング内周面を構成するための要件として重要な耐熱
性、オイル濡れ性および摩擦係数について、Ｃｒ−Ｍｏ
合金メッキはＣｒメッキと比較して明らかに優れた特性
を有することが理解できる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明のロータリピストンエンジ
ンのロータハウジングによれば、そのロータハウジング
のトロコイド面のアペックスシールと摺動する表面層と
して、Ｍｏを０．５０〜２．００重量％含有し、かつ、
上記アペックスシールと摺動する表面がポーラス状とさ
れたポーラスＣｒ−Ｍｏ合金メッキを層を設けているた
め、摺動面の耐熱耐摩耗性、オイルの保持特性を従来の
ものより格段に向上させることができ、かつ、摩擦係数
を低下させて摺動特性を向上させることができる。その
結果、エンジンの出力増大による燃焼室内温度の上昇
や、ガス圧力の増大に起因して増加する摺動面の熱負荷
に対抗することができ、圧縮圧力の低下を防止すること
ができるなど、多々特有の効果を発揮する。これによ
り、高出力ロータリピストンエンジンのロータハウジン
グとして好適なものを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例であるロータハウジングの斜視
図、第２図はロータリピストンエンジンの断面図、第３
図は実施例と他のものとの圧縮圧力の測定結果を比較し
たグラフ、第４図は加熱温度に対する硬さの変化を比較
したグラフ、第５図はＣｒ−Ｍｏ合金メッキのＭｏ含有
量と硬さおよび外観の変化を比較したグラフ、第６図は
オイル拡がり性を比較したグラフである。１……ロータハウジング、２……トロコイド面、１２…
…Ｃｒ−Ｍｏ合金メッキ層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内周面にアペックスシールが摺動するトロ
コイド面を有するロータリピストンエンジンのロータハ
ウジングにおいて、上記トロコイド面のアペックスシールが摺動する表面層
として、モリブデンを０．５０〜２．００重量％含有
し、かつ、上記アペックスシールが摺動する表面をポー
ラス状としたポーラスクロム・モリブデン合金メッキ層
を設けたことを特徴とするロータリピストンエンジンの
ロータハウジング。