(57)【要約】  冷却を改善したロータリ・エンジン１０、５１０、及びロータリ・エンジン用のＭＭＣ材料が提供される。ロータリ・エンジン１０、５１０は、複数のロータ面６８、５６８によって分けられた内側及び外側を有するロータ２０、５２０と、ロータ外側を取り囲むロータ・チャンバ・ハウジング組立体１４、５１４と、ロータ・チャンバ・ハウジング組立体１４、５１４に結合された側板１６、５１６とを備える。側板１６、５１６は、給気をロータ２０、５２０の内側に導くように配置された給気入口３４、５１４ポート、及び給気出口ポート４８、５４８を備える。給気出口ポート４８、５４８は、ロータ２０、５２０の回転位置に応じて、給気をロータ内側から、燃焼用に、直接、チャンバ・ハウジング組立体１４、５１４に選択的に排出するために、ロータ面６８、５６８によって断続的に露出可能である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１０〜３５重量％の炭化けい素と、
１〜１５重量％のニッケル被覆グラファイトと、
任意に、０．２〜３重量％のマグネシウムと、
任意に、０〜２０重量％のけい素とを含み、
残部重量％はアルミニウム系マトリックス及び不可避不純物である
エンジン構成部品用の金属マトリックス複合体（ＭＭＣ）材料であって、前記アルミニウム系マトリックスが、
１０〜３５重量％の炭化けい素と、
任意に、０〜２０重量％のけい素と、
任意に、０．１８〜０．２２重量％のスカンジウムと、
任意に、０〜５重量％の流動増進材とを含み、
残部重量％はアルミニウム系合金及び不可避不純物である、ＭＭＣ材料。
【請求項２】
前記アルミニウム系マトリックス中の炭化けい素の量が１５〜３０重量％である、請求項１に記載のＭＭＣ材料。
【請求項３】
ニッケル被覆グラファイトの量が１〜１０重量％、好ましくは５〜７．５％重量％である、請求項１又は２に記載のＭＭＣ材料。
【請求項４】
０．２〜３重量％のマグネシウムを含む、請求項１から３までのいずれか一項に記載のＭＭＣ材料。
【請求項５】
前記流動増進材が鉄、好ましくは鋳鉄である、請求項１から４までのいずれか一項に記載のＭＭＣ材料。
【請求項６】
前記エンジン構成部品が、ロータリ・エンジン・ロータ、ピストン、側板、ロータ・チャンバ・ハウジング又はハウジング組立体、シャフト、シリンダ・ライナ、シリンダ・ヘッド、シリンダ・ブロック、エンジン・マニホールド、クランク・シャフト、カム・シャフト、ドライブ・シャフト、ロータリ・エンジンの偏心シャフト、及びバルブのリストから選択される、請求項１から５までのいずれか一項に記載のＭＭＣ材料。
【請求項７】
前記エンジン構成部品がロータリ・エンジン構成部品である、請求項６に記載のＭＭＣ材料。
【請求項８】
前記エンジン構成部品がピストン・エンジン構成部品である、請求項６に記載のＭＭＣ材料。
【請求項９】
前記エンジン構成部品がロータ又はピストンである、請求項６に記載のＭＭＣ材料。
【請求項１０】
前記エンジン構成部品が、側板、ロータ・チャンバ・ハウジング組立体、シリンダ・ヘッド、及びシリンダ・ブロックのリストから選択される、請求項６に記載のＭＭＣ材料。
【請求項１１】
前記エンジン構成部品が、ロータリ・エンジンのシャフト、好ましくはクランク・シャフト、カム・シャフト、ドライブ・シャフト、又は偏心シャフトである、請求項６に記載のＭＭＣ材料。
【請求項１２】
前記エンジン構成部品が前記ロータであり、前記ＭＭＣが９〜２０重量％のけい素を含む、請求項７に記載のＭＭＣ材料。
【請求項１３】
前記ＭＭＣ材料中のけい素の量が９〜１５重量％である、請求項１２に記載のＭＭＣ材料。
【請求項１４】
前記アルミニウム系マトリックスが０．１８〜０．２２重量％のスカンジウムを含む、請求項１１に記載のＭＭＣ材料。
【請求項１５】
ロータリ・エンジン・ロータ・チャンバ・ハウジング又はハウジング組立体、ロータリ・エンジン・ロータ、ピストン、側板、シャフト、シリンダ・ライナ、シリンダ・ヘッド、シリンダ・ブロック、エンジン・マニホールド、クランク・シャフト、カム・シャフト、ドライブ・シャフト、ロータリ・エンジンの偏心シャフト、及びバルブのリストから選択される１つ又は複数のエンジン構成部品であって、
１０〜３５重量％の炭化けい素と、
１〜１５重量％のニッケル被覆グラファイトと、
任意に、０．２〜３重量％のマグネシウムと、
任意に、９〜２０重量％のけい素とを含み、
残部重量％はアルミニウム系マトリックス及び不可避不純物である
金属マトリックス複合体（ＭＭＣ）材料であって、前記アルミニウム系マトリックスが、
１０〜３５重量％の炭化けい素と、
任意に、０〜２０重量％のけい素と、
任意に、０．１８〜０．２２重量％のスカンジウムと、
任意に、０〜５重量％の流動増進材とを含み、
残部重量％はアルミニウム系合金及び不可避不純物である、ＭＭＣ材料から作られる、１つ又は複数のエンジン構成部品。
【請求項１６】
前記アルミニウム系マトリックス中の炭化けい素の量が１５〜３０重量％である、請求項１５に記載の１つ又は複数のエンジン構成部品。
【請求項１７】
ニッケル被覆グラファイトの量が１〜１０重量％、好ましくは５〜７．５％重量％である、請求項１５又は１６に記載の１つ又は複数のエンジン構成部品。
【請求項１８】
前記ＭＭＣ材料が０．２〜３重量％のマグネシウムを含む、請求項１５から１７までのいずれか一項に記載の１つ又は複数のエンジン構成部品。
【請求項１９】
前記流動増進材が鉄、好ましくは鋳鉄である、請求項１５から１８までのいずれか一項に記載の１つ又は複数のエンジン構成部品。
【請求項２０】
前記エンジン構成部品が前記ロータリ・エンジン・ロータであり、前記ＭＭＣ材料が９〜２０重量％のけい素を含む、請求項１５から１９までのいずれか一項に記載の１つ又は複数のエンジン構成部品。
【請求項２１】
けい素の範囲が９〜１５重量％である、請求項２０に記載の１つ又は複数のエンジン構成部品。
【請求項２２】
前記エンジン構成部品が前記シャフトであり、前記アルミニウム系マトリックスが０．１８〜０．２２重量％のスカンジウムを含む、請求項１５から１９までのいずれか一項に記載の１つ又は複数のエンジン構成部品。
【請求項２３】
前記エンジン構成部品が前記ロータリ・エンジン・ロータ・チャンバ・ハウジング又はハウジング組立体である、請求項１４から１８までのいずれか一項に記載の１つ又は複数のエンジン構成部品。
【請求項２４】
図１から１０を参照して本明細書で実質的に記載された１つ又は複数のエンジン構成部品。
【請求項２５】
図１から１０を参照して本明細書で実質的に記載されたロータリ・エンジン。
【請求項２６】
前記金属マトリックス複合体（ＭＭＣ）材料から作られる、ロータリ・エンジン・ロータ・チャンバ・ハウジング組立体、ロータリ・エンジン・ロータ、ピストン、側板、シャフト、シリンダ・ライナ、シリンダ・ヘッド、シリンダ・ブロック、エンジン・マニホールド、クランク・シャフト、カム・シャフト、ドライブ・シャフト、偏心シャフト、及びバルブのリストから選択される１つ又は複数のエンジン構成部品の製造のために、請求項１から１４までのいずれか一項で特許請求された前記ＭＭＣ材料の使用。
【請求項２７】
１０〜３５重量％の炭化けい素と、
１〜１５重量％のニッケル被覆グラファイトと、
任意に、０．２〜３重量％のマグネシウムと、
任意に、９〜２０重量％のけい素とを含み、
残部重量％はアルミニウム系マトリックス及び残留不純物である
金属マトリックス複合体（ＭＭＣ）材料であって、前記アルミニウム系マトリックスが、
１０〜３５重量％の炭化けい素と、
任意に、９〜２０重量％のけい素と、
任意に、０．１８〜０．２２重量％のスカンジウムと、
任意に、０〜５重量％の流動増進材とを含み、
残部重量％はアルミニウム系合金及び不可避不純物である、ＭＭＣ材料。
【請求項２８】
複数のロータ面によって分けられた内側及び外側を有するロータと、前記ロータ外側を取り囲むロータ・チャンバ・ハウジング組立体と、前記ロータ・チャンバ・ハウジング組立体に結合された側板であって、給気を前記ロータの前記内側に導くように配置された給気入口ポート、及び、前記ロータの回転位置に応じて、給気を前記ロータ内側から、燃焼用に、直接、前記チャンバ・ハウジング組立体に選択的に排出するために、前記ロータ面によって断続的に露出可能な給気出口ポートを備える側板とを備えるロータリ・エンジン。
【請求項２９】
前記側板が前記入口ポートと前記出口ポートを接続し、開口を画定する縁を有する流路をさらに備え、前記側板と連続的に接触している前記ロータ面の縁に配置された一組のサイド・シールによって、前記開口が前記ロータ内側内に実質的に流体包含され、前記ロータの回転によって、前記給気が前記流路を循環し、半径方向外向きに分散される、請求項２８に記載のロータリ・エンジン。
【請求項３０】
前記出口ポートと前記入口ポートが角度的に１２０°から２４０°離れている、請求項２８又は２９のいずれかに記載のロータリ・エンジン。
【請求項３１】
前記出口ポートと前記入口ポートが角度的に１２０°〜１８０°離れている、請求項３０に記載のロータリ・エンジン。
【請求項３２】
前記流路の前記開口を画定する前記縁が実質的に目の形をしている、請求項２８から３１までのいずれか一項に記載のロータリ・エンジン。
【請求項３３】
前記流路が前記開口から半径方向外向きに延在する、請求項２８から３２までのいずれか一項に記載のロータリ・エンジン。
【請求項３４】
前記流路が実質的に環状の部分を備える、請求項２８から３３までのいずれか一項に記載のロータリ・エンジン。
【請求項３５】
前記流路が、流れを半径方向外向きに導くように配置された複数のフロー・デフレクタを備える、請求項２８から３４までのいずれか一項に記載のロータリ・エンジン。
【請求項３６】
前記フロー・デフレクタが連続している、請求項３５に記載のロータリ・エンジン。
【請求項３７】
前記フロー・デフレクタが実質的に弓形である、請求項３５又は３６に記載のロータリ・エンジン。
【請求項３８】
前記フロー・デフレクタがリブを備える、請求項３５から３７までのいずれか一項に記載のロータリ・エンジン。
【請求項３９】
前記フロー・デフレクタが溝を備える、請求項３５から３８までのいずれか一項に記載のロータリ・エンジン。
【請求項４０】
前記側板が第１の側板であり、前記ロータリ・エンジンが反対側の第２の側板をさらに備える、請求項２８から３９までのいずれか一項に記載のロータリ・エンジン。
【請求項４１】
前記第２の側板もまた、給気入口ポートと、給気出口ポートと、流路とをさらに備え、これらすべては、前記第１の側板の前記給気入口ポート、前記給気出口ポート、及び前記流路と実質的に同じように配置される、請求項４０に記載のロータリ・エンジン。
【請求項４２】
前記ロータ内側が、前記ロータ内側を２つの給気流区画に分けるように配置された半径方向ウェブをさらに備える、請求項２８から４１までのいずれか一項に記載のロータリ・エンジン。
【請求項４３】
前記半径方向ウェブが実質的に中央にある、請求項４２に記載のロータリ・エンジン。
【請求項４４】
給気を両方の給気入口ポートに供給するように配置されたマニホールドをさらに備える、請求項４０から４３までのいずれか一項に記載のロータリ・エンジン。
【請求項４５】
前記マニホールドが、両方の入口ポートに流体接続された分岐ダクトを備える、請求項４４に記載のロータリ・エンジン。
【請求項４６】
前記マニホールドが、前記エンジンに隣接して、実質的に中央に配置される、請求項４５に記載のロータリ・エンジン。
【請求項４７】
前記分岐ダクトが、前記ロータ・ハウジング組立体の周りに対称に配置される、請求項４６に記載のロータリ・エンジン。
【請求項４８】
前記給気が、前記エンジンの上流で噴射された燃料蒸気を含む、請求項２８から４７までのいずれか一項に記載のロータリ・エンジン。
【請求項４９】
前記チャンバ・ハウジング組立体の吸入セグメントの給気流の中に燃料蒸気を噴射するための燃料噴射システムをさらに備える、請求項２８から４７までのいずれか一項に記載のロータリ・エンジン。
【請求項５０】
図１から１０を参照して本明細書で実質的に記載されたロータリ・エンジン。
【請求項５１】
ロータ・チャンバ・ハウジングの第１の側に結合された第１の側板であって、固定されたシャフトを貫通して受け入れるように配置された開口を有する第１の側板と、前記ロータ・チャンバ・ハウジングの第２の側に結合された第２の側板と、前記第２の側板を取り外すことによって、保守のためのアクセスが可能になる前記ロータ・チャンバ・ハウジングの内側とを備えるロータリ・エンジン・ロータ・ハウジング組立体。
【請求項５２】
前記組立体が、１つの側板を取り外すことによって、前記シャフトを前記組立体から分離する必要なしに前記ロータにアクセスできるように構成された、請求項５１に記載のロータリ・エンジン・ロータ・ハウジング組立体。
【請求項５３】
前記組立体が、前記１つの側板が取り外されたときに、残りのハウジング組立体構成部品が前記シャフトの周りに組み立てられたままになるように構成された、請求項５１又は５２に記載のロータリ・エンジン・ロータ・ハウジング組立体。
【請求項５４】
前記ロータ・ハウジング及び前記ｅシャフトが、前記第１の側板が取り外されたときに、前記第２の側板に取り付けられたままとなるように構成された、請求項５３に記載のロータリ・エンジン・ロータ・ハウジング組立体。
【請求項５５】
前記第２の側板が、前記ロータ・チャンバ・ハウジング組立体の前記第２の側の複数のめねじ孔と位置合わせ可能な複数の貫通孔を備え、前記ロータ・ハウジング組立体が、前記第２の側板を前記ロータ・チャンバ・ハウジング組立体の前記第２の側に接続するように構成された複数のねじ付締結具をさらに備える、請求項５１から５４までのいずれか一項に記載のロータ・ハウジング組立体。
【請求項５６】
前記締結具がそれぞれボルトを含む、請求項５５に記載のロータ・ハウジング組立体。
【請求項５７】
前記第１の側板が、前記チャンバ・ハウジング組立体の前記第１の側の複数のめねじ孔と位置合わせ可能な複数の貫通孔を備え、前記ロータ・ハウジング組立体が、前記第２の側板を前記チャンバ・ハウジング組立体の前記第２の側に接続するように配置された追加の複数の締結具をさらに備える、請求項５１から５６までのいずれか一項に記載のロータ・ハウジング組立体。
【請求項５８】
前記締結具がそれぞれボルトを含む、請求項５７に記載のロータ・ハウジング組立体。
【請求項５９】
前記ロータ・チャンバ・ハウジング組立体の前記第１及び第２の側の前記めねじ孔がつながっていない、請求項５７又は５８に記載のロータ・ハウジング組立体。
【請求項６０】
前記第２の側板の前記貫通孔が前記チャンバ・ハウジング組立体の前記第２の側のめねじ孔と位置合わせされるように、前記第２の側板を前記ロータ・チャンバ・ハウジング組立体の前記第２の側に配置するための案内をさらに備える、請求項５１から５９までのいずれか一項に記載のロータ・ハウジング組立体。
【請求項６１】
前記案内が、前記第１の側板の貫通孔と、前記第２の側板の貫通孔と、前記ロータ・チャンバ・ハウジング組立体の貫通孔と、それらを完全に通り抜けるように配置された細長い部材とを含む、請求項６０に記載のロータ・ハウジング組立体。
【請求項６２】
前記案内が、前記第１の側板の第２の貫通孔と、前記第２の側板の第２の貫通孔と、前記ロータ・チャンバ・ハウジング組立体の貫通孔と、それらを完全に通り抜けるように配置された第２の細長い部材とを含む、請求項６１に記載のロータ・ハウジング組立体。
【請求項６３】
前記第１及び第２の細長い部材がそれぞれ比較的長いボルトを含む、請求項６２に記載のロータ・ハウジング組立体。
【請求項６４】
図１０を参照して本明細書で実質的に記載されたロータリ・エンジン・ロータ・ハウジング組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリ・エンジンの改良に関し、エンジン、具体的にはバンケル型エンジンなどのロータリ・エンジンの、使用中での自己潤滑性を与える回転構成部品を製作するための材料に関し、ロータリ・エンジンの冷却に関し、且つ、迅速に組み立てることができるロータリ・エンジンの設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的なロータリ・エンジンは、ロータ・チャンバ及びロータ・チャンバ・ハウジングを画定するロータ・ハウジング組立体を有する。回転可能なシャフトは、ロータ・ハウジング組立体を貫通して軸受で支持される。回転可能なシャフトは、ロータ・チャンバ・ハウジング組立体内に位置するロータに連結される。ロータの形状に応じて、ロータは、回転中にロータ・チャンバ・ハウジング組立体に選択的に接触して密封するように配置された３つのアペックス・シールを有する。接触しているとき、アペックス・シールとロータ・チャンバ・ハウジングは摩擦面として働き、潤滑を必要とする。
【０００３】
摩擦面を潤滑する既知の１つの方法は、潤滑剤を燃料に混ぜることである。このような方法はそれほど効果的ではない。
【０００４】
ＧＢ１３４７８１９（’８１９）には、潤滑剤を燃料に混ぜて使う既知のロータリ・エンジンが記載されている。このようなシステムに付随する問題のため、’８１９は、自己潤滑して、潤滑剤を燃料に混ぜる必要をなくするために、アペックス・シールの製作に改質焼結合金を使用することを主張している。アペックス・シールはまた、耐摩耗性を改善する利点を有していると言われている。’８１９では、このような耐摩耗性によって、非常に製造コストが高くなることに関係すると言われているニッケルと炭化けい素のめっきのロータ・チャンバ・ハウジング組立体を使用せずに、クロムめっきのロータ・チャンバ・ハウジング組立体を使用することができると説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＧＢ１３４７８１９（’８１９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、潤滑性能が改善されたロータリ・エンジンを提供することである。本発明のさらなる目的は、内燃エンジン、具体的には、往復動ピストン型及びロータリ型の内燃エンジン、さらに具体的には、バンケル型ロータリ・エンジンの製造に使用するための改良された材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、ロータリ・エンジン・ロータ・チャンバ・ハウジング、ロータリ・エンジン・ロータ・チャンバ・ハウジング組立体、ロータリ・エンジン・ロータ、ピストン、側板、及びシャフトのリストから選択される１つ又は複数のエンジン構成部品であって、１０〜３５％（重量）の炭化けい素と、１〜１０％（重量）のニッケル被覆グラファイトと、残部アルミニウムとを含む金属マトリックス複合体（ＭＭＣ：Ｍｅｔａｌ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）材料から作られる１つ又は複数のエンジン構成部品が提供される。
【０００８】
この成分材料の混合物は、広い作動温度範囲にわたって自己潤滑性を示す。この温度範囲は、約−４０℃から、材料の変形が生じる温度までである。ニッケル被覆グラファイトは、約−４０℃と１００℃の間で自己潤滑性を示す。炭化けい素は、約８５℃から材料の変形温度までのより高い温度で潤滑性を与える。上限温度は、エンジンの使用中で考えられる最高温度を含むように意図される。これらの構成部品は、材料の潤滑性が改善される結果、それらと接触する構成部品とともに寿命が長くなる。また、この成分材料の混合物は、これらのロータリ・エンジン構成部品の製造時の作業性を改善する。
【０００９】
金属マトリックス複合体（ＭＭＣ）材料は、１５〜３０％（重量）の量の炭化けい素を含むことが好ましい。さらに炭化けい素を多くすると材料の潤滑性は改善する。３０％（重量）を超えると、材料は、成形するのがより困難になる。従って、３０％（重量）の炭化けい素は好ましい上限であると考えられるが、場合により、最大３５％（重量）の炭化けい素も可能である。
【００１０】
金属マトリックス複合体材料は、５〜７．５％（重量）の量のニッケル被覆グラファイトを含むことができる。ニッケル被覆グラファイトの量が増えると低温領域の潤滑性が改善されるので、ニッケル被覆グラファイトはこの範囲で十分である。ニッケル被覆グラファイトが７．５％（重量）を超えると、潤滑性の改善は少なくなるので、これが、材料コストを著しく増大させない、好ましい最大量と考えられる。
【００１１】
ＭＭＣ材料は、０．２〜３％（重量）のマグネシウムをさらに含むことができる。マグネシウムは混合物に強度を加える。マグネシウムはまた、混合物の成分間の凝集性を改善する。前記の範囲の炭化けい素とニッケル被覆グラファイトで使用するとき、この特定の範囲のマグネシウムで十分にこれらの特性が達成される。
【００１２】
エンジン構成部品がロータの場合、ＭＭＣ材料は９〜２０％（重量）のけい素をさらに含むことができる。けい素は材料の熱伝導率を改善する。９〜２０％（重量）の範囲のけい素によって、材料は、純アルミニウムとは対照的に焼戻し鋼と同様な熱伝導性を有する。これは、作動中に急速な温度変化を受けるロータに対しては特に有利である。けい素の範囲は９〜１５％（重量）とすることができる。この範囲は、ほとんどの環境で十分であると考えられる。１１％（重量）のけい素の量は、ロータリ・エンジンの偏心シャフトで使用するためには典型的な量である。本発明の一実施例では、エンジン構成部品は、１０〜３５％（重量）の炭化けい素と、１〜１０％（重量）のニッケル被覆グラファイトと、０．２〜３％（重量）のマグネシウムと、９〜２０％（重量）のけい素と、残部アルミニウムとを含む金属マトリックス複合体材料から作られたロータリ・エンジン・ロータである。
【００１３】
エンジン構成部品がシャフトの場合、ＭＭＣ材料は、０．１８から０．２２％（重量）のスカンジウムをさらに含むことができる。スカンジウムは、アルミニウムの熱からの耐摩耗性を改善する。別の実施例では、エンジン構成部品は、１０〜３５％（重量）の炭化けい素と、１〜１０％（重量）のニッケル被覆グラファイトと、０．２〜３％（重量）のマグネシウムと、０．１８〜０．２２％（重量）のスカンジウムと、残部アルミニウムとを含む金属マトリックス複合体材料から作られたロータリ・エンジンの偏心シャフト（Ｅシャフト）を含む。ＥシャフトのＭＭＣ材料は９〜２０％（重量）のけい素をさらに含むことが好ましい。
【００１４】
本発明の第２の態様によれば、１０〜３５％（重量）の炭化けい素と、１〜１０％（重量）のニッケル被覆グラファイトと、残部アルミニウムとを含む、エンジン構成部品で使用するための金属マトリックス複合体（ＭＭＣ）材料が提供される。
【００１５】
ＭＭＣは、潤滑が重要であるすべてのタイプのエンジンのエンジン構成部品で使用するのに有益な場合がある。
【００１６】
炭化けい素の量は１５から３０％（重量）とすることができる。
【００１７】
さらに炭化けい素を多くすると材料の潤滑性は改善する。３０％（重量）を超えると、材料は、成形するのがより困難になり始める。従って、３０％（重量）の炭化けい素は好ましい上限であると考えられるが、場合により、最大３５％（重量）の炭化けい素も可能である。
【００１８】
ニッケル被覆グラファイトの量は５から７．５％（重量）とすることができる。
【００１９】
ニッケル被覆グラファイトの量が増えると低温領域の潤滑性が改善されるので、ニッケル被覆グラファイトはこの範囲で十分である。ニッケル被覆グラファイトが７．５％（重量）を超えると、潤滑性の改善は少なくなるので、これが、材料コストを著しく増大させない、好ましい最大量と考えられる。
【００２０】
ＭＭＣ材料は、０．２〜３％（重量）のマグネシウムをさらに含むことが好ましい場合がある。
【００２１】
マグネシウムは混合物に強度を加える。マグネシウムはまた、混合物の成分間の凝集性を改善する。前記の範囲の炭化けい素とニッケル被覆グラファイトで使用するとき、この特定の範囲のマグネシウムで十分にこれらの特性が達成される。
【００２２】
エンジン構成部品は、ロータ、ピストン、側板、ロータ・チャンバ・ハウジング又はハウジング組立体、及びシャフトのリストから選択されることが好ましい。
【００２３】
これらのエンジン構成部品は、作動中、他の構成部品と接触するので、少なくとも１つの表面で潤滑を必要とする。従って、これらの構成部品をＭＭＣ材料で作ると最も恩恵を受ける。
【００２４】
エンジン構成部品はロータリ・エンジン構成部品が好ましい。
【００２５】
ロータリ・エンジンは、周囲を囲まれた組立体であり、これらの構成部品の摩擦面に、潤滑のためにアクセスすることが困難であるので、通常、潤滑するのが難しい。
【００２６】
エンジン構成部品は、９〜２０％（重量）のけい素をさらに含むロータであることが好ましい。
【００２７】
けい素は材料の熱伝導率を改善する。９〜２０％（重量）の範囲のけい素によって、材料は、純アルミニウムとは対照的に焼戻し鋼と同様な熱伝導性を有する。これは、作動中に急速な温度変化を受けるロータに対しては特に有利である。
【００２８】
けい素の範囲は９から１５％（重量）とすることができる。この範囲は、ほとんどの環境で十分であると考えられる。１１％（重量）のけい素の量は、ロータリ・エンジンの偏心シャフトで使用するためには典型的な量である。
【００２９】
エンジン構成部品はロータリ・エンジンの偏心シャフトが好ましく、材料は０．１８〜０．２２％（重量）のスカンジウムをさらに含む。
【００３０】
本発明の第３の態様によれば、前記のＭＭＣ材料を含む前記のエンジン構成部品の１つ又は複数を備えるロータリ・エンジンが提供される。これらの構成部品は、エンジンの作動中に受ける摩擦力により、潤滑を必要とするので、ＭＭＣ材料はこれらの構成部品には特に適用可能である。
【００３１】
バンケル型エンジンなどのロータリ・エンジンは、エピトロコイド形チャンバ・ハウジング組立体を有するハウジング組立体を備える。概して、チャンバ・ハウジング組立体は、３つの面を有する回転ロータによって、４つの変化する容積のセグメントに分けられる。これらのセグメントは、給気吸入セグメント、圧縮セグメント、燃焼セグメント、及び排気セグメントを含む。この場合、用語「給気」は周囲空気として規定される。給気は、エンジンの上流の気化器を使って、燃焼のために燃料蒸気と予混合することができる。給気吸入セグメントは吸入ポートを有し、排気セグメントは排気ポートを有する。燃焼セグメントは、点火プラグなどの点火手段につながっている。偏心シャフト又はｅシャフトは、ハウジング組立体の側面を貫通して軸受で支持され、ロータの回転によってｅシャフトが回転するようにロータに噛み合っている。３つのロータ面は、アペックス・シールをそれぞれ備える３つのローブを形成する。アペックス・シールは、ロータの回転中、チャンバ・ハウジング組立体と接触するように設計される。アペックス・シールは、ロータ・チャンバ・ハウジング組立体と協働して、隣接するチャンバ・ハウジング組立体セグメントを密封隔離する。各ロータ面は、順次、各セグメントを通って移動する。各セグメント内の給気温度は大きく変化する。例えば、吸入セグメントの吸気温度は比較的低く、燃焼セグメントの温度は比較的高い。
【００３２】
従って、ロータリ・エンジンは、このような温度の不均衡によって引き起こされる問題を有する。特に燃焼セグメントで、ロータを冷却するためのエンジン冷却システムを提供することが試みられた。このようなエンジン冷却システムはロータに接触する冷媒を必要とする。これは、ロータがロータ・チャンバ・ハウジング組立体の中に入っており、アクセスすることが困難なため、難しい。
【００３３】
このような冷却システムの１つは、ハウジング組立体の一方の側からロータ内側に送られたオイルを使用する。その場合、オイルは各ロータ面の後面から熱を取り去る。しかしながら、オイルに基づいたシステムは、複雑で、高価で、重くなる場合が多い。
【００３４】
給気を使ってロータを冷却することも知られている。既知のこのタイプのロータリ・エンジンは、偏心シャフトの近くのハウジング組立体の両側に入口ポートと出口ポートを有する。入口ポート及び出口ポートは、ロータ面をシャフト周りに支持するために使われる一組の半径方向スポークにより流体連通可能で、従って、空気がロータ内側の一方の側から他方の側へ通ることが可能となる。給気は一方の側の入口ポートを通ってロータ内側を通過して、他方の側の出口ポートを通ってロータ内側から出る。給気は、ダクトによって、出口ポートから、燃焼のためにロータ・チャンバ・ハウジング組立体の給気吸入ポートに運ばれる。このようなシステムは、給気がロータの内側を一方の側板から他方の側板に比較的すばやくまっすぐ通り抜け、また、熱を取り去るために、ロータ面の前面に、十分に半径方向に分散しないので、各ロータ面の前面を冷却するにはそれほど効果的ではない。
【００３５】
本発明の第４の様態の目的は、前記の問題に対処する改善された冷却手段を有するロータリ・エンジンを提供することである。
【００３６】
本発明の第４の態様によれば、複数のロータ面によって分けられた内側及び外側を有するロータと、ロータ外側を取り囲むロータ・チャンバ・ハウジング組立体と、ロータ・チャンバ・ハウジング組立体に結合された側板であって、給気をロータの内側に導くように配置された給気入口ポート、及び、ロータの回転位置に応じて、給気をロータ内側から、燃焼用に、直接、チャンバ・ハウジング組立体に選択的に排出するために、ロータ面によって断続的に露出可能な給気出口ポートを備える側板とを備えるロータリ・エンジンが提供される。
【００３７】
給気は、燃料蒸気を含んでも、含まなくても、周囲空気として規定される。給気はロータ内側から断続的にしか出られないので、給気がロータの一方の側から他方の側へ導かれることに比べると、給気はロータ内側により長時間留まる。給気がロータ内側に留まる時間が長くなると、ロータ面が曝される時間が増え、従って、より多くの熱が取り去られる。また、ロータの回転は給気を循環させ、ロータの遠心運動によって半径方向に分散し、さらに多くの給気がロータに接触する。
【００３８】
入口ポートと出口ポートを接続し、開口を画定する縁を有する流路を側板がさらに備えることができ、側板と連続的に接触しているロータ面の縁に配置された一組のサイド・シールによって、開口はロータ内側内に実質的に流体包含される。ロータの回転はロータ内側での給気の循環をさらに強化し、それによって、ロータ面に接触する給気量が増大する。
【００３９】
出口ポートと入口ポートは角度的に１２０°から２４０°離れていることが好ましい。出口ポートと入口ポートは角度的に１２０°から１８０°離れていることが好ましい。給気を、出口ポートを通してロータ・チャンバ・ハウジング組立体へすぐに送らずに、このようにして出口ポートと入口ポートを離すことによって、ロータ内側内で給気を循環させる機会が最大化する。
【００４０】
流路の開口は実質的に目の形をしていることが好ましい。ロータの回転中、仮想的な境界が、ロータ面が通らない側板に形成される。ロータの向きに関わらず、境界内部の領域は常にロータ内側にある。三葉形又は３面ロータでは、このような境界は目の形をしている。チャンバ・ハウジング組立体の開口を目の形の境界の形状になるように形成すると、給気をより効果的に半径方向に分散させる。
【００４１】
流路は開口から半径方向に出るように延在することが好ましい。流路は実質的に環状の部分を備えることが好ましい。
【００４２】
流路は、流れを半径方向外向きに導くように配置された複数のフロー・デフレクタを備えることが好ましい。フロー・デフレクタは、流路が給気を効果的に半径方向に分散させるようにさらに最適化する。
【００４３】
フロー・デフレクタは連続していることが好ましい。フロー・デフレクタは実質的に弓形であることが好ましい。フロー・デフレクタはリブを備えることが好ましい。或いは、フロー・デフレクタは溝を備えることが好ましい。
【００４４】
側板は第１の側板であることが好ましく、ロータリ・エンジンは反対側の第２の側板をさらに備えることができる。第２の側板もまた、給気入口ポートと、給気出口ポートと、流路とをさらに備え、これらすべては、第１の側板の給気入口ポート、給気出口ポート、及び流路の鏡像を実質的に形成することが好ましい。給気をロータの両側に導入すると、よりバランスのとれたロータの冷却となる。
【００４５】
ロータ内側は、ロータ内側を２つの給気流区画に分けるように配置された半径方向ウェブをさらに備えることが好ましい。半径方向ウェブは、ロータの回転の反応と同様に、給気を半径方向に分配する追加の手段となる。
【００４６】
半径方向ウェブは実質的に中央にあることが好ましい。半径方向ウェブを実質的に中央に配置すると、ロータを通る冷却のバランスがさらによくなる。
【００４７】
ロータリ・エンジンは、給気を両方の給気入口ポートに供給するように配置されたマニホールドをさらに備えることが好ましい。マニホールドは使用される給気の中央貯槽とすることができる。
【００４８】
マニホールドは、両方の入口ポートに流体接続された分岐ダクトを備えることが好ましい。
【００４９】
マニホールドは、エンジンに隣接して、実質的に中央に配置されることが好ましい。
【００５０】
給気は、エンジンの上流で噴射された燃料蒸気を含むことが好ましい。給気が空気冷却システムを通るように、燃料蒸気は、燃料がさらに蒸発するときに潜熱が取り去られるので、ロータ面の冷却をさらに改善する。さらに、蒸発した燃料は発火性が良く、エンジンの燃焼性能を改善する。
【００５１】
給気は、チャンバ・ハウジング組立体の吸入セグメントの給気流の中に燃料蒸気を噴射するための燃料噴射システムをさらに備えることが好ましい。これによって、燃料蒸気をエンジン内に噴射する位置と時期の制御度合を高めることができる。
【００５２】
本発明の第５の態様の目的は、保守性を改善したロータリ・エンジンを提供することである。
【００５３】
既知のロータリ・エンジンは、ハウジング組立体の中に入れられたロータを備える。ロータリ・エンジンの主な欠点の１つは、周囲を囲まれたハウジング組立体内に密封された複雑な回転部品を有することで保守に負担がかかることである。
【００５４】
本発明の第５の態様によれば、ロータ・チャンバ・ハウジング組立体の第１の側に結合された第１の側板であって、固定されたシャフトを貫通して受け入れるように配置された開口を有する第１の側板と、ロータ・チャンバ・ハウジング組立体の第２の側に結合された第２の側板と、第２の側板を取り外すことによって、保守のためのアクセスが可能になるロータ・チャンバ・ハウジング組立体の内側とを備えるロータリ・エンジン・ロータ・ハウジング組立体が提供される。
【００５５】
以前のロータリ・エンジン組立体は、ロータを入れるハウジング組立体部品が２つあった。このような組立体では、ロータの点検が必要なとき、両方の部品からシャフトを抜いて、シャフトを取り外す必要があった。新しいこの組立体では、１つのハウジング組立体構成部品、すなわち、第２の側板を取り外すことによってロータにアクセスすることができ、シャフトを取り外す必要なく、残りのハウジング組立体構成部品はシャフトの周りに組み立てられたままにすることができる。
【００５６】
第２の側板は、ロータ・チャンバ・ハウジング組立体の第２の側の複数のめねじ孔と位置合わせ可能な複数の貫通孔を備え、ロータ・ハウジング組立体は、第２の側板をロータ・チャンバ・ハウジングの第２の側に接続するように配置された複数のねじ付締結具をさらに備えることが好ましい。
【００５７】
締結具はそれぞれボルトを含むことが好ましい。
【００５８】
第１の側板は、チャンバ・ハウジングの第１の側の複数のめねじ孔と位置合わせ可能な複数の貫通孔を備え、ロータ・ハウジング組立体は、第２の側板をチャンバ・ハウジング組立体の第２の側に接続するように配置された追加の複数の締結具をさらに備えることが好ましい。
【００５９】
追加の締結具はそれぞれボルトを含むことが好ましい。
【００６０】
ロータ・チャンバ・ハウジング組立体の第１及び第２の側のめねじ孔はつながっていないことが好ましい。
【００６１】
ロータ・ハウジング組立体は、第２の側板の貫通孔がチャンバ・ハウジング組立体の第２の側のめねじ孔と位置合わせされるように、第２の側板をロータ・チャンバ・ハウジング組立体の第２の側に配置するための案内をさらに備えることが好ましい。
【００６２】
案内は、第１の側板の貫通孔と、第２の側板の貫通孔と、ロータ・チャンバ・ハウジング組立体の貫通孔と、それらを完全に通り抜けるように配置された細長い部材とを含むことが好ましい。
【００６３】
案内は、第１の側板の第２の貫通孔と、第２の側板の第２の貫通孔と、ロータ・チャンバ・ハウジング組立体の貫通孔と、それらを完全に通り抜けるように配置された第２の細長い部材とを含むことが好ましい。
【００６４】
第１及び第２の細長い部材はそれぞれ比較的長いボルトを含むことが好ましい。
【００６５】
本発明の実例を、添付の図面を参照して以下で詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施例によるロータリ・エンジンの斜視図である。
【図２】図１のロータリ・エンジンの側板をエンジンの内側から見た斜視図である。
【図３】図１のロータリ・エンジンのピストン・ロータの斜視図である。
【図４】図３のピストン・ロータの断面図である。
【図５】図１のロータリ・エンジンの断面図である。
【図６Ａ】動作中のロータリ・エンジンの、図５と同様の図である。
【図６Ｂ】動作中のロータリ・エンジンの、図５と同様の図である。
【図６Ｃ】動作中のロータリ・エンジンの、図５と同様の図である。
【図７Ａ】図６Ａと同様な図で、流路を追加した図である。
【図７Ｂ】図６Ｂと同様な図で、流路を追加した図である。
【図７Ｃ】図６Ｃと同様な図で、流路を追加した図である。
【図８Ａ】図７Ａと同様な図で、流路とロータ内側の周りの給気の流れを追加した図である。
【図８Ｂ】図７Ｂと同様な図で、流路とロータ内側の周りの給気の流れを追加した図である。
【図８Ｃ】図７Ｃと同様な図で、流路とロータ内側の周りの給気の流れを追加した図である。
【図９】ロータリ・エンジンの第２の実施例の、図５と同様な図である。
【図１０】本発明の別の実施例によるロータリ・エンジンの分解図である。
【図１１】本発明の実施例によるＭＭＣ材料の繰り返し応力の関数としての疲労寿命（すなわち、Ｓ−Ｎ曲線）の図である。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
図１〜５を参照すると、ロータリ・エンジン１０は、給気入口マニホールド１２、第１及び第２の反対側にある側板１６、１８に両側を接続されてハウジング組立体１９を形成する、エピトロコイド形チャンバ・ハウジング１４、及びハウジング組立体内に収容されたロータ２０を備える。ロータ２０は、軸（Ａ）を中心として回転可能な偏心シャフト２２又はｅシャフトの周りで噛み合っている。
【００６８】
入口マニホールド１２は、分岐ダクト２４を備える。分岐ダクト２４は、ロータ・ハウジング組立体１９の周りに実質的に対称に配置される。入口マニホールド１２は、分岐ダクト２４によってロータリ・エンジン１０から離れて吊り下げられた入口スロート２６を備える。入口マニホールド１２は、第１の側板１６と第２の側板１８の間にあるように、エンジン１０に隣接して中央に配置される。分岐ダクト２４の各枝管２８、２８’は、マニホールド・ポート・フランジ３０、３０’を備える。マニホールド・ポート・フランジ３０、３０’は、側板１６、１８の外面３２に溶接される。
【００６９】
図２に示すように、第１の側板１６は、マニホールド・ポート・フランジ３０が接続される位置に、入口ポート３４を備える。入口ポート３４は、側板の内面３６と入口マニホールド１２が流体連通するように、第１の側板１６をまっすぐに貫通する。第１の側板１６は、２つのローブ３８ａ、３８ｂ、及び２つのノード４０ａ、４０ｂを有する。第１の側板の内面３６は、開口４２を画定する縁４１を有する。縁４１は、上部頂点４４及び下部頂点４６を有する実質的に目の形をしている。開口の下部頂点４６の縁４１は、出口ポート４８を形成するように、目の形をした形状の残りの部分と比較して半径方向外向きに延在する。入口ポート３４は、上部頂点４４とぴったり合うように実質的に三角形の口によって形作られている。或いは、入口ポート３４はまた、目の形をした開口４２に対して９０°回転した目の形とすることもできる。
【００７０】
開口４２は、内面３６と外面３２との間に配置された壁５１によって画定される流路５０につながる。壁５１は、内面３６の下で実質的に環状に形成される。シャフト開口５２は、第１の側板１６をまっすぐに貫通して設けられる。シャフト開口５２は、流路５０内の中央に配置される。流路５０は複数のフロー・デフレクタ５４を備える。フロー・デフレクタ５４は弓形である。フロー・デフレクタ５４は、シャフト開口５２から概ね半径方向外向きに延在する。フロー・デフレクタ５４はリブ５６を備える。フロー・デフレクタはまた、リブと組み合わさった溝を備えることもでき、或いは、リブの代替として溝を備えることもできる。フロー・デフレクタ５４のリブ５６及び／又は溝は連続している。
【００７１】
シャフト開口５２は段付きで、シール・レース５８及び径のより大きな軸受ポケット６０を有する。軸受ポケット６０は、シャフト軸受６２を受け入れるような寸法となっている。シール・レース５８は、シャフト・シール６４を受け入れるように配置される。偏心シャフト２２、シャフト・シール６４、及びシール・レース５８は、組み立てられると、協働して、内面３６を外面３２から密封する。偏心シャフト２２は、軸受ポケット６０内に受け入れられたシャフト軸受６２に支持される。偏心シャフト２２は歯車６６を備え、それは、組み立てられるとエンジン１０の内部に配置される。
【００７２】
第２の側板１８もまた、給気入口ポート３４と、給気出口ポート４８と、流路５０とを備え、これらはすべて、第１の側板１６の給気入口ポート３４、給気出口ポート４８、及び流路５０の鏡像を実質的に形成するように配置される。従って、両側板のこれらの機能部を指すとき、同様の参照符号が用いられる。
【００７３】
図３において、ロータ２０は、３つの頂点７０を形成するように、端部で隣接する面と接合された３つの弓形のロータ面６８を有する三葉形である。ロータ２０は、面６８によって分けられた内側と外側を有する。各頂点７０は、アペックス・シール７３を受け入れるように配置されたスロット７２を有する。各面６８はまた、燃焼ポケット７４を形成する実質的に平坦な凹部を備える。各面６８は、後燃焼面７６及び前燃焼面７８を有する。同様に、燃焼ポケットもまた、後燃焼面８０及び前燃焼面８２を有する。ロータ面６８はそれぞれ、ロータ２０の全体の周りに連続的に延在するサイド・シール７５を有する（図４参照）。
【００７４】
ロータ２０はまた、偏心シャフト２２の歯車６６と噛み合うように配置された位相歯車８４を有する。位相歯車８４は、ロータ２０の中心からずらして配置される。軸受ポケット壁８６は、位相歯車８４からロータ２０の他方の側へ軸方向に延在する。中央ウェブ９０は、軸受ポケット壁８６とロータ面の後燃焼面７６との間を延在して設けられる（図４参照）。給気通路８８は、軸受ポケット壁８６と各ロータ面の後燃焼面７６との間で、ロータ２０の周りに形成される。従って、中央ウェブ９０は、ロータ２０の両側に１つずつ、２つの隔離された吸気通路を形成する。
【００７５】
ロータ・チャンバ・ハウジング１４は、ロータ・ハウジング組立体１９を形成するように、両側の第１及び第２の側板１６、１８に接続される。ロータ・チャンバ１４はエピトロコイド形である。両側板１６、１８と同様に、ロータ・チャンバ・ハウジング１４は、２つのローブ９２ａ、９２ｂ、及び２つのノード９４ａ、９４ｂを有する。チャンバ・ハウジング１４は、アペックス・シール７３がチャンバ・ハウジング１４の内面と接触するように、ロータ２０の外側の周りに配置される。点火プラグ９６は、ロータ・チャンバ・ハウジング１４を貫通して設けられる。点火プラグ９６は、出口ポート４８から約１８０°だけ角度的に離されている。この角度は１２０から２４０°の間のどこでもよい。排気ポート９８はロータ・チャンバ・ハウジング１４に設けられる。
【００７６】
ロータ２０の位相歯車８４は、組み立てられると、偏心シャフト２２の歯車６６と噛み合わされる。
【００７７】
図６ＡからＣを参照すると、アペックス・シールは、ロータ・チャンバ・ハウジング１４の内面と係合して密封するように配置される。ロータ内側は、連続的に接触しているサイド・シール７５、並びに第１及び第２の側板１６、１８の内面３６によって、ロータ・チャンバ・ハウジングから密封される。ロータ２０がエピトロコイド形チャンバ・ハウジング１４に沿って回転すると、４つの変化する容積のセグメントが形成される。これらのセグメントは、吸入セグメント１００、圧縮セグメント１０２、燃焼セグメント１０４、及び排気セグメント１０６を含む。これらの４つのセグメント及び３つの頂点によって、以下により詳しく説明するバンケル燃焼サイクルが生じる。
【００７８】
給気は、燃焼のためにエンジン１０に導かれる周囲空気として規定される。給気は、気化器を使った従来の方法で、入口スロート２６の上流で燃料蒸気と混合される。気化器自体は従来のものであり、ここでは詳細には説明しない。ほぼ等しい量の給気が、分岐ダクト２４の各枝管２８、２８’の側に導かれる。
【００７９】
図７ＡからＣ、及び図８ＡからＣを参照すると、給気はマニホールド・ポート・フランジ３０、３０’を通り抜けて、給気入口ポート３４を通って流路５０内に入る。従って、給気入口ポート３４は、給気をロータ２０の内側に導くように配置される。この段階では、給気はロータ２０の内側に留まる。開口４２の目の形をした縁４１は、１回転の間にロータ２０が覆う境界に相当するので、上記のことは確実に縁４１によってなされる。回転中、ロータ２０は、目の形をした開口がサイド・シール７５によって制限された位置以外に動くことはない。３面ロータでは、この目の形状が達成可能な最大の表面積の開口を提供する。
【００８０】
ロータ２０の回転は、流路５０と協働して、生じる遠心運動によって、給気を半径方向に分散させる。流路５０から逃げる給気は、各面６８及び燃焼ポケット７４の後燃焼面７６、８０に強制的に当たる。給気は、後燃焼面７６、８０から熱を引き去って、従って、ロータ面６８の温度を下げる。ロータ２０の表面積が大きいと長時間曝されるので、このようにロータの一方の側から他方の側へ給気を通すことによってロータ２０からより多くの熱を抜き取る。給気中の燃料蒸気は蒸発し、燃料が霧化すると、蒸発潜熱によりさらに熱を引き去る。給気は、ロータ２０の内側の周りで、給気通路８８内を循環する。半径方向ウェブ９０に衝突する給気は、後燃焼面７６、８０に半径方向に当たって分散するのをさらに促進する。２つの給気入口ポート３４及び半径方向ウェブ９０は協働して、ロータ内側に２つの別々であるが対称的な給気流路を提供する。この結果、ロータ面６８の冷却がバランスする。
【００８１】
偏心シャフト２２が給気通路８８から隔離されていないことに留意されたい。従って、流路５０から逃げる給気は、偏心シャフト２２を取り囲むことができ、それはまた、位相歯車８４と偏心シャフト２２の歯車６６との間の接触部を冷却する。
【００８２】
ロータ２０が回転すると、ロータ面６８は、ロータ２０の回転位置に応じて、出口ポート４８を断続的に露出させる。出口ポート４８は、露出されるとき、チャンバ・ハウジング１４の吸入セグメントの位置にある。露出されると、出口ポート４８はある程度の給気量をチャンバ・ハウジング１４の吸入セグメント１００内に直接排出する。給気は、ロータ２０の回転によって圧縮セグメント１０２に移動する。チャンバ・ハウジング１４の圧縮セグメント１０２の容積は、ロータ２０が回転するにつれて減少する。さらに、アペックス・シール７３が点火プラグ９６に達する前約１７°のとき、給気は、圧縮セグメント１０２から燃焼セグメント１０４に移動する。点火プラグ９６は、燃焼セグメント１０２内の圧縮された給気に点火するように配置される。給気の燃焼によって、ロータ２０はチャンバ・ハウジング１４に沿って回転させられ、それによって偏心シャフト２２を回転する。給気中の燃料が、冷却過程で、及びロータ２０の内側で霧化されることによって、燃焼は強められる。燃焼セグメント１０４の容積が増大し、アペックス・シールが排気ポート９８を通過すると、排気セグメント１０６に移る。ロータ２０が引き続き回転すると、排気セグメント１０６の容積が減少して、排気ガスをロータ・チャンバ・ハウジング組立体から排気ポート９８を通して排出する。バンケル燃焼サイクルは、ロータ面６８が、ロータ・チャンバ・ハウジング１４の可変容積セグメントを連続して通過することで継続する。
【００８３】
金属マトリックス複合体材料は、エンジン１０のいくつかの構成部品を製作するために使用される。金属マトリックス複合体（ＭＭＣ）は、１１％（重量）の炭化けい素と、５から７．５％（重量）のニッケル被覆グラファイトと、０．２から３％（重量）のマグネシウムと、残部アルミニウムとを含む。炭化ケイ素の実際の量は、１５から３０％（重量）の範囲内が好ましい。例えば、１０から３５％（重量）より広い範囲さえも可能であるが、３０％（重量）を超えると、材料は成形するのがより困難になり、潤滑性の改善のメリットが少なくなる。同じく、ニッケル被覆グラファイトの範囲を１から１０％（重量）に拡げることも可能である。しかしながら、ニッケル被覆グラファイトを多くするとコストが増大し、潤滑性の改善のメリットを少なくすることに結びつくので、７．５％（重量）が好ましい最大量である。ＭＭＣ材料を含むエンジン構成部品には、ロータ・チャンバ・ハウジング組立体１４又はハウジング組立体１９が含まれる。０．２％（重量）のスカンジウムを含むＭＭＣもまた、偏心シャフト２２を製作するために使用される。スカンジウムの実際の量は、０．１８％（重量）と０．２２％（重量）の間とすることができる。ロータ２０もまた、０．９から２０％（重量）のけい素元素を加えたＭＭＣ材料を含む。アペックス・シール７３はセラミック材料から作られる。サイド・シール７５はねずみ鋳鉄から作られる。ＭＭＣ材料は、ロックウェル硬さが８０から８１の間である。比較としては、他のシャフトは、典型的にはＡＮ２４Ｔなどの合金から作られ、その硬度は軟鉄の３倍で、ロックウェル硬さが約４３に相当する。従って、ＭＭＣ材料から作られたこれらの構成部品は、比較すると、耐久性が大きく改善された。
【００８４】
これらの構成部品にＭＭＣ材料を使用する別の理由は、その自己潤滑性のためである。ＭＭＣ材料は、これらの構成部品のそれぞれの摩擦面を潤滑する。摩擦面は、アペックス・シール７３とロータ・チャンバ・ハウジング１４との間、偏心シャフト２２とロータ２０との間の噛合い接触部、並びにサイド・シール７５と第１及び第２の側板の内面３６との間に存在する。
【００８５】
ＭＭＣ材料の内、ニッケル被覆グラファイト及び炭化けい素は、エンジン１０の作動温度の全範囲にわたって、これらの接触部のそれぞれで自己潤滑性を与える。この温度範囲は、約−４０℃から、材料の変形が生じる温度までである。ニッケル被覆グラファイトは、約−４０℃と１００℃の間の温度範囲の下端で潤滑性を示す。炭化けい素は、約８５℃から材料変形温度の温度範囲の上端で潤滑性を示す。実際、前記の温度範囲の炭化けい素は、高温で良好な潤滑性を与え続け、それは材料変形が生じる温度より高くてもそうである。
【００８６】
ニッケル被覆グラファイトの潤滑に依存する、前記の低い温度範囲は、燃焼サイクル中、エンジンの起動時に、周囲空気が入口経路に沿うエンジンのこれらの部分に接触するときに生じる。特に、それは、チャンバ・ハウジング１４の吸入セグメント１００、及び、吸入セグメントにあるときのロータ面６８である。実際、ロータ２０の内側は流入経路の一部分となるので、ロータ２０全体は低温の給気に曝される。ロータ内側に流体的に曝される偏心シャフト２２もまたこれに含まれる。周囲空気の温度が低温であるのは、飛行中では普通のことである。
【００８７】
前記の高い温度範囲は、給気の燃焼中に生じる。高温範囲になるこれらの構成部品は、チャンバ・ハウジング１４の燃焼セグメント１０４、及び、燃焼セグメントにあるときのロータ面６８である。
【００８８】
ロータ面６８は、吸入セグメント１００と燃焼セグメント１０４の間で、急速な温度変化を受ける。けい素を加えると、前記の温度範囲でロータの熱伝導率が改善され、その熱伝導率は純アルミニウムとは対照的に焼戻し鋼に近づく。この範囲での熱伝導率は、耐熱疲労を改善し、従って、ロータ２０の寿命を延ばす。また、ロータ２０の熱膨張と収縮の結果としてアペックス・シールとロータ・チャンバ・ハウジング１４の間の密封が壊れるという危険性が少なくなる。ロータ２０以外の構成部品のＭＭＣ材料にけい素元素を入れることは可能ではあるが、これらの他の構成部品はこのような急速な温度変化を受けないので、これはあまり重要ではない。
【００８９】
前記の範囲で、マグネシウムを加えるのは任意である。しかしながら、マグネシウムを加えると、混合物の元素の凝集性を改善し、強度を加えるので有利である。実際のマグネシウムの量は、混合物中の炭化けい素の量に依存する。
【００９０】
前記のＭＭＣは、潤滑性が同じく重要なピストンなど、ロータリ・エンジン以外の構成部品を製作するのにも使用することができる。
【００９１】
図１０を参照して、ロータリ・エンジン１０の第２の実施例を以下に説明する。第１の実施例と共通の機能部は、同様の参照符号を共有する。
【００９２】
第２の実施例によるロータリ・エンジン１０は燃料噴射システム２００を含む。燃料噴射システム２００は従来の形態のものであり、ここでは詳細には説明しない。燃料噴射システム２００は、燃料を所定の量だけチャンバ・ハウジング１４の吸入セグメント１００に導くように配置された吸入通路２０２に結合される。従って、第２の実施例は、ロータ面６８を冷却するためにロータ２０の内側を通って流入する給気が燃料蒸気を含まず、給気が入った後に燃料を直接チャンバ・ハウジング１４に噴射するので、蒸発の潜熱の恩恵が減るが、チャンバ・ハウジング１４内に燃料を噴射する量、タイミング、及び位置を高い制御度合で行うことができる、という点で、第１の実施例とは異なる。
【００９３】
図１０を参照すると、ロータリ・エンジン５１０の別の実施例が提供される。第１の実施例と共通の機能部の詳細な説明は繰り返さない。共通の機能部は、第１の実施例の符号より５００大きい符号が付けられている。
【００９４】
第１及び第２の側板５１６、５１８はそれぞれ、１２個の貫通孔６１０、６１４を有する。チャンバ・ハウジング５１４は、第１及び第２の側それぞれに、一組の１０個のめねじ孔６１２を有する。チャンバ・ハウジング５１４はまた、第１及び第２の側板５１６、５１８のそれぞれの貫通孔のうちの２つと位置合わせ可能な２つの貫通孔６１３を有する。第１及び第２の側板５１６、５１８のそれぞれとチャンバ・ハウジング５１４には、まとまってヒートシンクを形成する、複数の突出部６２０、６２２、６２４が設けられる。２本の比較的長いボルト６２８が、４つの座金６３０と２つのナット６２６とともに設けられる。長いボルト６２８は、第２の側板５１８を迅速に取り付けるための案内となるように、第１の側板５１６、チャンバ・ハウジング５１４、及び第２の側板５１８の貫通孔を通り抜けるように配置される。２０本の比較的短いボルト６２９が設けられており、そのうちの１０本は第１の側板５１６をロータ・チャンバ・ハウジング５１４に固定するためのもので、１０本は第２の側板５１８をロータ・チャンバ・ハウジング５１４に固定するためのものである。
【００９５】
エンジン・サポート６３４は、エンジン５１０を乗り物に搭載するために設けられている。エンジン・サポート６３４は、直立したアーム６３６を有する直角の部品で、比較的短いボルト６２９の３本を受け入れるための３つの貫通孔６３８を備えている。３本の比較的短いボルト６２９は、エンジン・サポート６３４に第２の側板５１８側を固定して、エンジンをしっかりと支持する。
【００９６】
排気ダクト６４０は、チャンバ・ハウジング５１４の排気ポート５９８に固定するように設けられ、その中を通って排気ガスを排出する。排気ダクト６４０は、導管部６４２及びフランジ部６４４を備える。フランジ部６４４は概ね正方形である。４本のボルト６４６が、フランジ部６４４の各隅に１本ずつ、フランジ部６４４の貫通孔６４８を貫通して設けられる。４本のボルト６４６及び座金６４７は、排気ダクト６４０を排気通路（図示せず）に固定して、排気ガスを乗り物の外へ排出する。
【００９７】
組立時、第１の側板５１６は偏心シャフト５２２を超えて装着される。次いで、ロータ・チャンバ・ハウジング５１４は偏心シャフト５２２を超えて装着される。ロータ・チャンバ・ハウジング５１４の第１の側に第１の側板５１６をロータ・チャンバ・ハウジング５１４に固定するように、１０本の比較的短いボルト６２９は、第１の側板５１６の１０個の貫通孔６１４を通って、ロータ・チャンバ・ハウジング５１４の１０個のめねじ孔６１３にねじ込まれる。次いで、ロータ５２０がロータ・チャンバ・ハウジング５１４内部の偏心シャフト５２２に組み付けられる。第２の側板５１８は、ロータ・チャンバ・ハウジング５１４の第２の側に隣接して配置される。偏心シャフト５２２は、第２の側板５１８のシャフト開口５５２を貫く。２本の比較的長いボルト６２８は、第２の側板５１８の貫通孔６１０、ロータ・チャンバ・ハウジング５１４の貫通孔６１３、次いで第１の側板５１６の貫通孔６１４を通り抜けて、第２の側板５１８の残りの貫通孔６１０のすべてをロータ・チャンバ・ハウジング５１４のめねじ孔６１２に位置合わせする。１０本の残りの比較的短いボルト６２９は、第２の側板５１４の貫通孔を通り抜けて、ロータ・チャンバ・ハウジング５１４の第２の側のめねじ孔６１２にねじ係合して、２つのエンジン構成部品を互いに固定する。
【００９８】
エンジン５１０の運用中にロータ５２０の保守又は点検が必要になった場合、ハウジング組立体５１９全体を分解する必要なしに、或いは、偏心シャフト５２２からロータ・チャンバ・ハウジング５１４又は第１の側板５１６を取り外す必要なしに、第２の側板５１８を取り外すことができる。１０本の比較的短いボルト６２９に続いて、２本の比較的長いボルト６２８が取り外される。従って、第２の側板５２８を、ロータ・チャンバ・ハウジング５１４の第２の側から取り外すことができ、それによって、モジュラ・ユニットとしてロータ５２０を偏心シャフト５２２から取り外し、その後、取り付けるためにロータ・チャンバ・ハウジング５１４の内側にアクセスすることができる。２本の比較的長いボルト６２８は、第２の側板５１８、ロータ・チャンバ・ハウジング５１４、及び第１の側板５１６それぞれの関連する貫通孔６１０、６１３、６１４を通り抜けて、第２の側板５１８の残りの貫通孔６１０をロータ・チャンバ・ハウジング５１４の第２の側のめねじ孔６１３に位置合わせするための案内として働く。１０本の比較的短いボルト６２９は、上記のように、第２の側板５１８をロータ・チャンバ・ハウジング５１４の第２の側に固定するために使用することができる。釣り合い重り（図示せず）を第２の側板５１８の外面に配置することができる。
【００９９】
第２の実施例のロータリ・エンジン５１０のエンジン構成部品の材料は第１の実施例と同じである。すなわち、ロータ・チャンバ・ハウジング５１４は、１０から３５％（重量）の炭化けい素と、１から１０％（重量）のニッケル被覆グラファイトと、０．２から３％（重量）のマグネシウムと、残部アルミニウムとを含むＭＭＣから作られる。偏心シャフト５２２もまた、０．１８％（重量）と０．２２％（重量）の間の、好ましくは０．２％（重量）のスカンジウムを加えたＭＭＣから作られる。ロータ５２０もまた、９から２０％（重量）のけい素元素を加えたＭＭＣ材料を含む。アペックス・シール５７３はセラミック材料から作られる。サイド・シール５７５はねずみ鋳鉄から作られる。第１の実施例のロータリ・エンジン１０に対する上記した成分材料量の変更に対しては、同様な注意が適用される。
【０１００】
第２の実施例のロータリ・エンジン５１０はまた、第１又は第２の実施例のロータリ・エンジン１０の空気冷却システムと実質的に同じ空気冷却システムを備える。すなわち、各側板５１６、５１８は、空気入口５３４、及び、目の形をした縁５４１の鏡像配置を有しており、目の形をした縁５４１は、ロータ・チャンバ・ハウジング組立体５１４に直接つながる排気ポート５４８を有する開口５４２を画定している。
【０１０１】
代替の配置では、例えば、割出装置を別の案内として使用することができる。
【０１０２】
ロータリ・エンジンの上記の配置により、ロータ・ハウジング及び／又はｅシャフトは、第１の側板を取り外すときに第２の側板に取り付けたままにするように構成することができる。
【０１０３】
すべての実施例では、図示し上記したように、入口及び出口ポートは、様々な角度でお互いに角度的に離して配置することができる。それらは、ロータ２０又は５２０が噛み合う偏心シャフト又はｅシャフト２２又は５２２の回転軸の周りに上記の角度で、側板上、角度的に離される。それらは、上記の角度の範囲内、すなわち、上記の上限及び下限の、又は上記の上限と下限の間の任意の値だけ、角度的に離すことができる。この配置は、入口ポートと出口ポートを偏心シャフト又はｅシャフトの実質的に両側に配置して、給気が入口ポートからロータの周りを流れることを促進し、従って、給気のロータへの冷却効果を改善する働きをする。
【０１０４】
本発明の一態様において、１０〜３５重量％の炭化けい素と、１〜１５重量％のニッケル被覆グラファイトと、任意に、０．２〜３重量％のマグネシウムと、任意に、０〜２０重量％のけい素とを含み、残部重量％はアルミニウム系マトリックス及び不可避不純物であるエンジン構成部品用の金属マトリックス複合体（ＭＭＣ）材料であって、アルミニウム系マトリックスは、１０〜３５重量％の炭化けい素と、任意に、０〜２０重量％のけい素と、任意に、０．１８〜０．２２重量％のスカンジウムと、任意に、０〜５重量％の流動増進材とを含み、残部重量％はアルミニウム系合金及び不可避不純物である、ＭＭＣ材料が提供される。
【０１０５】
この態様のＭＭＣは、前記の実施例に関係して説明したＭＭＣのいかなる特徴も含むことができる。
【０１０６】
適切なアルミニウム系合金は市販されている。アルミニウム合金の有用な系列には、３００（例えば、Ａ３１９．１アルミニウム合金、Ａ３５４．１アルミニウム合金、Ａ３５５、Ａ３５５．２アルミニウム合金、Ａ３５６アルミニウム合金、Ｄ３５６アルミニウム合金、Ａ３５６．１アルミニウム合金、Ａ３５７アルミニウム合金、Ｄ３５７アルミニウム合金、及びＡＡ３５９）が含まれる（Ｅｃｋ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ、米国、又はＤｕｒａｌｃａｎ、カナダから入手）。適切なアルミニウム合金の他の例には、ＬＭ１３、ＬＭ１４、ＬＭ１５、ＬＭ１６、ＬＭ１７、ＬＭ１８、ＬＭ１９、ＬＭ２０、Ａ２０６、及びＡ２４２が含まれる（Ｅｃｋ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ、米国、又はＤｕｒａｌｃａｎ、カナダから入手）。例えば、アルミニウム系合金は、ＡＡ３５６、ＡＡ３５９、ＬＭ−１３、ＬＭ１４、ＬＭ１５、ＬＭ１６、ＬＭ１７、ＬＭ１８、ＬＭ１９、及びＬＭ２０、好ましくは、ＡＡ３５６、ＡＡ３５９、及びＬＭ−２０のうちの任意の１つから選択することができる。本発明の実施例では、アルミニウム系合金は市販のＡＡ３５９合金で、その化学組成を表１に示す。
表１−化学組成限界（重量％）：アルミニウム  ＡＡ３５９
【０１０７】
【表１】
2016532812.tif 000003
本発明の別の実施例では、アルミニウム系合金は市販のＡＡ３５６合金で、その化学組成を表２に示す。
表２−化学組成限界（重量％）：アルミニウム  ＡＡ３５６
【０１０８】
【表２】
2016532812.tif 000004
さらなる実施例では、アルミニウム系合金は市販のＬＭ２０で、その化学組成を表３に示す。
表３−化学組成限界（重量％）：アルミニウム  ＬＭ２０
【０１０９】
【表３】
2016532812.tif 000005
本発明のＭＭＣを生成するために、合金元素がアルミニウム系合金に加えられて、改質ベース合金（すなわち、アルミニウム系マトリックス）を生成し、その後、ＭＭＣレベルでさらなる構成要素を加える。
【０１１０】
本発明のアルミニウム系マトリックスは、他の合金元素で改質された市販のアルミニウム系合金（例えば、ＡＡ３５９、ＡＡ３５６、ＬＭ２０など）を含む。適切な合金元素には、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ａｌ２Ｏ３、鉄、鋳鉄、スカンジウム、及びこれらの組合せが含まれる。
【０１１１】
本発明の実施例では、本発明のアルミニウム系マトリックスは、最大３０重量％のＳｉＣ、好ましくは２０から３０重量％のＳｉＣで改質した市販のアルミニウム合金（例えば、上記で規定したもの）である。本発明の実施例では、アルミニウム系マトリックスはまた、０．１８〜０．２２重量％のスカンジウム、０〜２０重量％のけい素、好ましくは、９〜２０重量％のけい素、及び／又は０〜５重量％の流動増進材を含む。本発明の実施例では、本発明のアルミニウム系マトリックスは、ＡＡ３５９、ＡＡ３５６又はＬＭ２０、及び（アルミニウム系マトリックスの）２５重量％のＳｉＣを含む。
【０１１２】
本発明のアルミニウム系マトリックスはまた、流動増進材を含むことができる。本発明の文脈において、用語「流動増進材」は、鋳型に流し込むために都合の良い性質を材料が有するように、溶融した金属マトリックス複合体材料のレオロジ、例えば流動性、を改善することができる化合物を指す。流動増進材は鉄、好ましくは鋳鉄とすることができる。
【０１１３】
本発明のアルミニウム系マトリックスで使用される流動増進材の量は、０から５重量％、好ましくは、２から３重量％とすることができる。本発明の実施例では、アルミニウム系合金は、２〜３重量％の鋳鉄で改質される。
【０１１４】
標準の合金手法で改質合金／アルミニウム系マトリックスを形成すると、さらなる構成要素（例えば、追加のけい素／炭化けい素、マグネシウム、及びニッケル被覆グラファイト粒子）を、規定された方法で、溶融合金中で混合することによって、ＭＭＣレベルで加えることができる。
【０１１５】
本発明のＭＭＣ材料は、ニッケル被覆グラファイト粒子を含む。グラファイト粒子上にニッケルを成膜させるための手法は当該技術では知られており、電気めっき及び真空成膜法を含む。本発明で使用されるニッケル被覆グラファイト粒子はＥｃｋ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  ＵＳＡから得られる。
【０１１６】
本発明の金属マトリックス複合体では、炭化けい素の量は１０から３５重量％、好ましくは１５から３０重量％、より好ましくは２２から２８重量％である。ピストン／ロータの熱膨張を、シリンダ壁、シリンダ・スリーブ、エンジン・ブロック、又はロータ・ハウジングなどの周囲の構成部品の熱膨張と比較して考慮する必要があるので、炭化けい素の量は、ピストン／ロータの寸法、及びシリンダ壁、スリーブ、エンド・プレート、ロータ・ハウジングなどに使用される材料に依存する。従って、第１の構成部品が、第１の構成部品を受け入れる第２の構成部品と、或いはその中に、嵌合又は係合する場合、第１の構成部品の熱膨張係数を第２の構成部品の熱膨張係数に合わせるように、第１の構成部品に使用される炭化けい素の量を選択することができる。
【０１１７】
上記のように、本発明のアルミニウム系マトリックスは、１０から３５重量％、好ましくは１５から３０重量％、より好ましくは２２から２８重量％の炭化けい素を含む。
【０１１８】
本発明の金属マトリックス複合体に使用されるけい素の量は、０から２０重量％、又は９から２０重量％、又は１１から１７重量％、又は９から１５重量％とすることができる。
【０１１９】
上記のように、アルミニウム系マトリックスの金属マトリックス複合体に、及びＭＭＣレベル（さらなる構成要素として）での金属マトリックス複合体にともにけい素を加えることができる。ＭＭＣ材料が高圧ダイカストなどによる鋳物の場合、金属マトリックス複合体材料に含まれるけい素のおよそ５０〜１００重量％は炭化けい素に転換される。
【０１２０】
本発明の１つ又は複数のエンジン構成部品はシャフトとすることができる。本発明の実施例では、シャフトは偏心シャフト又はクランク・シャフトである。本発明の１つ又は複数のエンジン構成部品が偏心シャフト又はクランク・シャフトの場合、金属マトリックス複合体のアルミニウム系マトリックスは、０．１８から０．２２重量％のスカンジウムを含むことができる。
【０１２１】
本明細書で説明するＭＭＣはまた、次に挙げるロータリ・エンジン以外のさらなる構成部品、すなわち、シリンダ・ライナ、シリンダ・ヘッド、シリンダ・ブロック、エンジン・マニホールド、クランク・シャフト、カム・シャフト、ドライブ・シャフト、及びバルブを製作するために使用するのに利点があることが分かった。
【０１２２】
シリンダ・ライナの好ましい組成は、２５重量％のけい素と、５重量％のニッケル被覆グラファイトとを含み、残部重量％はアルミニウム系マトリックスであるＭＭＣ材料であって、アルミニウム系マトリックスは、２５重量％のけい素を含み、残部重量％は（上記したものなどの）市販のアルミニウム合金である、ＭＭＣ材料である。次いで、ＭＭＣ材料は、当該技術で知られている従来の技法を用いて、構成部品の適切な物理的形態を得るのに必要なように、任意にインサートを有して鋳造される。
【０１２３】
この材料は、優れた熱伝導率とともに運転中での潤滑性を与えるので、シリンダ・ライナに使用するのに特に適している。ニッケル被覆グラファイトもまた、比較的低い運転温度での冷態運転時に潤滑性を与える。加えて、材料の硬さは、さらなる処理の必要なく、必要な滑らかさを示す良質の表面を与える。例えば、最終仕上げの研削、ホーニング、及び／又は研磨のみが必要である。対照的に、従来のシリンダ・ライナは、ＰＴＦＥ、又はニッケルとけい素の合金のＮｉＳｉｌで材料を被覆するなどの追加の材料処理を必要とする。
【０１２４】
シリンダ・ヘッドの好ましい組成は、２５重量％のけい素と、５重量％のニッケル被覆グラファイトとを含み、残部重量％はアルミニウム系マトリックスであるＭＭＣ材料であって、アルミニウム系マトリックスは、２５重量％のけい素を含み、残部重量％は（上記したものなどの）市販のアルミニウム合金である、ＭＭＣ材料である。次いで、ＭＭＣ材料は、当該技術で知られている技法を用いて、構成部品の適切な物理的形態を得るのに必要なように、任意にインサートを有して鋳造される。
【０１２５】
この材料は、優れた熱伝導率とともに運転中での潤滑性を与えるので、シリンダ・ヘッドに使用するのに特に適している。ニッケル被覆グラファイトもまた、冷態運転時に潤滑性を与える。加えて、材料の硬さは、さらなる処理の必要なく、良質の表面を与える。例えば、最終仕上げの研削、ホーニング、及び／又は研磨のみが必要である。
【０１２６】
シリンダ・ブロックの好ましい組成は、２５重量％のけい素と、５重量％のニッケル被覆グラファイトとを含み、残部重量％はアルミニウム系マトリックスであるＭＭＣ材料であって、アルミニウム系マトリックスは、２５重量％のけい素を含み、残部重量％は（上記したものなどの）市販のアルミニウム合金である、ＭＭＣ材料である。次いで、ＭＭＣ材料は、当該技術で知られている技法を用いて、構成部品の必要な形態を得るのに必要なように、任意にインサートを有して鋳造される。
【０１２７】
この材料は、優れた熱伝導率とともに運転中での潤滑性を与えるので、エンジンのシリンダ・ブロックに使用するのに特に適している。ニッケル被覆グラファイトもまた、冷態運転時に潤滑性を与える。加えて、材料の硬さは、さらなる処理の必要なく、良質の表面を与える。例えば、最終仕上げの研削、ホーニング、及び／又は研磨のみが必要である。
【０１２８】
エンジン・マニホールドの好ましい組成は、２５重量％のけい素と、５重量％のニッケル被覆グラファイトとを含み、残部重量％はアルミニウム系マトリックスであるＭＭＣであって、アルミニウム系マトリックスは、２５重量％のけい素を含み、残部重量％は（上記したものなどの）市販のアルミニウム合金である、ＭＭＣである。次いで、ＭＭＣ材料は、当該技術で知られている技法を用いて、構成部品の必要な形態を得るのに必要なように、任意にインサートを有して鋳造される。
【０１２９】
この材料は、優れた熱伝導率とともに運転中での潤滑性を与えるので、エンジン・マニホールドに使用するのに特に適している。ニッケル被覆グラファイトもまた、冷態運転時に潤滑性を与える。加えて、材料の硬さは、さらなる処理の必要なく、良質の表面を与える。例えば、最終仕上げの研削、ホーニング、及び／又は研磨のみが必要である。
【０１３０】
クランク・シャフトの好ましい組成は、２５重量％のけい素と、５重量％のニッケル被覆グラファイトとを含み、残部重量％はアルミニウム系マトリックスであるＭＭＣであって、アルミニウム系マトリックスは、２５重量％のけい素と、２重量％のスカンジウムと、２から３重量％の鋳鉄とを含み、残部は（上記したものなどの）市販のアルミニウム合金である、ＭＭＣ材料である。次いで、ＭＭＣ材料は、当該技術で知られている技法を用いて、任意にインサートを有して鋳造される。
【０１３１】
この材料は、優れた熱伝導率とともに運転中での潤滑性を与えるので、クランク・シャフトに使用するのに特に適している。ニッケル被覆グラファイトもまた、冷態運転時に潤滑性を与える。加えて、材料の硬さは、さらなる処理の必要なく、良質の表面を与える。例えば、最終仕上げの研削、ホーニング、及び／又は研磨のみが必要である。
【０１３２】
カム・シャフトの好ましい組成は、２５重量％のけい素と、５重量％のニッケル被覆グラファイトとを含み、残部重量％はアルミニウム系マトリックスであるＭＭＣであって、アルミニウム系マトリックスは、２５重量％のけい素と、２重量％のスカンジウムと、２から３重量％の鋳鉄とを含み、残部は（上記したものなどの）市販のアルミニウム合金である、ＭＭＣである。次いで、ＭＭＣ材料は、当該技術で知られている技法を用いて、構成部品の適切な物理的形態を得るのに必要なように、任意にインサートを有して鋳造される。
【０１３３】
この材料は、優れた熱伝導率とともに運転中での潤滑性を与えるので、カム・シャフトに使用するのに特に適している。ニッケル被覆グラファイトもまた、冷態運転時に潤滑性を与える。加えて、材料の硬さは、さらなる処理の必要なく、良質の表面を与える。例えば、最終仕上げの研削、ホーニング、及び／又は研磨のみが必要である。さらに、ＭＭＣ材料にスカンジウムを加えると、従来の材料より軽量であっても、硬度がより高く、潤滑性がより良い、他の多硬化材料の特性を有するように、余寿命及び疲労寿命が改善された材料になる。
【０１３４】
ドライブ・シャフトの好ましい組成は、２５重量％のけい素と、５重量％のニッケル被覆グラファイトとを含み、残部重量％はアルミニウム系マトリックスであるＭＭＣであって、アルミニウム系マトリックスは、２５重量％のけい素と、２重量％のスカンジウムとを含み、残部は（上記したものなどの）市販のアルミニウム合金である、ＭＭＣである。次いで、ＭＭＣ材料は、当該技術で知られている技法を用いて、構成部品の適切な物理的形態を得るのに必要なように、任意にインサートを有して鋳造される。
【０１３５】
この材料は、優れた熱伝導率とともに運転中での潤滑性を与えるので、ドライブ・シャフトに使用するのに特に適している。ニッケル被覆グラファイトもまた、冷態運転時に潤滑性を与える。加えて、材料の硬さは、さらなる処理の必要なく、良質の表面を与える。例えば、最終仕上げの研削、ホーニング、及び／又は研磨のみが必要である。さらに、ＭＭＣ材料にスカンジウムを加えると、従来の材料より軽量であっても、硬度がより高く、潤滑性がより良い、他の多硬化材料の特性を有するように、余寿命及び疲労が改善された材料になる。
【０１３６】
エンジン・バルブの好ましい組成は、２５重量％のけい素と、５重量％のニッケル被覆グラファイトとを含み、残部重量％はアルミニウム系マトリックスであるＭＭＣであって、アルミニウム系マトリックスは、２５重量％のけい素と、２重量％のスカンジウムとを含み、残部は（上記したものなどの）市販のアルミニウム合金である、ＭＭＣである。次いで、ＭＭＣ材料は、当該技術で知られている技法を用いて、任意にインサートを有して鋳造される。
【０１３７】
この材料は、優れた熱伝導率とともに運転中での潤滑性を与えるので、エンジン・バルブに使用するのに特に適している。ニッケル被覆グラファイトもまた、冷態運転時に潤滑性を与える。加えて、材料の硬さは、さらなる処理の必要なく、良質の表面を与える。例えば、最終仕上げの研削、ホーニング、及び／又は研磨のみが必要である。さらに、ＭＭＣ材料にスカンジウムを加えると、従来の材料より軽量であっても、硬度がより高く、潤滑性がより良い、他の多硬化材料の特性を有するように、余寿命及び疲労が改善された材料になる。
【０１３８】
本発明のＭＭＣ材料を作製する方法
表１に規定された組成を有する市販のＡＡ３５９（Ｅｃｋ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ、米国、又はＤｕｒａｌｃａｎ、カナダから得られる）ベース合金は、溶融されて液状にしてから、従来の予混合プロセスによってけい素（又は炭化けい素）と予混合される。追加の材料（けい素（又は炭化けい素）、及びニッケル被覆グラファイト粒子（すなわち、ＭＭＣ混合物）など）を、溶融した混合物中に浮かせる。次いで、混合物を、均質になるまでグラファイト・インペラでかき混ぜる。次いで、材料を放置して硬化する。硬化後、インゴットを溶融して鋳造される。鋳造プロセスの完了後、できたＭＭＣ材料の頂部又は外側の層は、研削及び／又は研磨によって取り除かれ、その結果、ＭＭＣ混合物の材料の表面が露出する。
【０１３９】
本発明のＭＭＣ材料からエンジン構成部品を作製する方法
本発明による金属マトリックス複合体の品は、当該技術で知られている技法（例えば、重力鋳造、ダイカスト、溶造）を用いて、任意にインサートを有して鋳造されて、構成部品の必要な形態を得ることができる。
【０１４０】
疲労試験
本発明によるＭＭＣ材料に対して、高サイクル疲労試験が実施された。これらの疲労試験からの結果は、Ｓ−Ｎ曲線の形で図１１に示される。
【０１４１】
疲労試験片は、合金の分光分析に対するＡＳＴＭ規格Ｅ７１６標準に従い試験された。疲労試験は、本発明によるＭＭＣの２８個のインゴットで、室温、９０、１２０、２５０、４００、及び５００℃において行われた。試験は工業標準に従って実施された。さらに、最大８，０００ＰＳＩの応力レベルで、２５０℃及び４００℃で、Ｒ＝−１疲労試験もまた実施された。図１１に示すように、１０，０００，０００サイクルより少ないサイクルでは、いかなる温度、又は８，０００ＰＳＩより低いいかなる応力レベルでも損傷はなかった。
【図１】
2016532812.tif 000006
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
2016532812.tif 000014
【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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