DE112008002642B4

DE112008002642B4 - Zylinder

Info

Publication number: DE112008002642B4
Application number: DE112008002642T
Authority: DE
Inventors: Mitsuru URABE; Hirokazu Murata
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd; Hino Jidosha KK
Current assignee: Hino Motors Ltd; Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 2007-10-05
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2013-12-05
Anticipated expiration: 2028-10-03
Also published as: US8381696B2; WO2009044824A1; DE112008002642T5; US20100288222A1; JPWO2009044824A1; CN101809271B; CN101809271A; JP5297384B2

Abstract

Zylinder, bei dem ein Kolben (21a) an einer Bohrungsoberfläche (2) des Zylinders gleitet, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Aussparungen (3a, 3b) in einer Hubmittenregion (4) in der Bohrungsoberfläche (2) des Zylinders gebildet ist, die Hubmittenregion (4) eine Region zwischen einer unteren Flächenposition einer Ringnut (23) für einen unteren Kolbenring (22) an einem oberen Totpunkt des Kolbens (21a) und einer oberen Flächenposition einer Ringnut (26) für einen oberen Kolbenring (25) an einem unteren Totpunkt des Kolbens (21a) ist, wobei die Gesamtheit der Bereiche aller Aussparungen (3a, 3b) in der Spanne von 1% bis 80% liegt, wenn ein Bereich der Hubmittenregion 100% beträgt, und die Aussparungen (3a, 3b) nicht in einer anderen Region als der Hubmittenregion der Bohrungsoberfläche (2) des Zylinders gebildet sind, wobei zumindest eine der Mehrzahl von Aussparungen (3a, 3b) in allen Sektionen einer Zylinderumfangsrichtung in der Hubmittenregion gebildet ist, wobei in Zylinderaxialrichtung der unterste Punkt (5a) einer der Aussparungen (3a) unterhalb des höchsten Punktes (6b) einer nächstgelegenen Aussparung (3b) positioniert ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zylinder, bei dem ein Kolben an einer Bohrungsoberfläche des Zylinders gleitet, und insbesondere einen Zylinder, der eine geringere Hin- und Herbewegungsreibung bei einem Kolben realisiert.
Stand der Technik
Umweltprobleme, wie globale Erwärmung, sind weltweit in den Nachrichten, so dass die Entwicklung in der Technik zum Verbessern der Kraftstoffeffizienz eines Verbrennungsmotors zur Reduzierung von CO₂ in der Atmosphäre eine große Herausforderung ist. Dazu ist auch die Reduzierung eines Reibungsverlustes eines gleitenden Glieds gefragt, das für einen Motor oder dergleichen verwendet wird. Angesichts der Nachfrage wurde in den letzen Jahren die Technik für Material, Oberflächenprozess und Reformierungs- bzw. Weiterentwicklungstechnologie eines gleitenden Glieds entwickelt, das eine exzellente Verschleißfestigkeit und Fressfestigkeit aufweist und in der Lage ist, den Effekt des Reduzierens von Reibungskraft maximal auszudrücken.
Um die Energieeffizienz einer einen Zylinder verwendenden Vorrichtung zu verbessern, beispielsweise den Kraftstoffverbrauch eines Verbrennungsmotors, Um die Hin- und Herbewegungsreibung zu reduzieren, ist die Reduzierung der Oberflächenrauheit der Bohrungsoberfläche des Zylinders ein geeignetes Mittel. Wenn die Oberflächenrauheit jedoch zu gering ist, dann existiert kaum Schmieröl, das in der Bohrungsoberfläche gehalten wird, und dies verursacht die Unannehmlichkeit bzw. Schwierigkeit, dass sich die Fressfestigkeit verschlechtert.
Um die Fressfestigkeit zu verbessern, ist in Patentdokument 1 eine Zylinderlaufbuchse so gebildet, dass die Oberflächenrauheit der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse von der oberen Totpunktseite zu der unteren Totpunktseite des Kolbens zunimmt. In Patentdokument 1 jedoch ist die Oberflächenrauheit an dem unteren Totpunkt und der Hubmittenregion groß. Folglich besteht die Unannehmlichkeit bzw. Schwierigkeit, dass die Hin- und Herbewegungsreibung zunimmt.
Das Patentdokument 2 offenbart eine Technik zum Reduzieren einer Hin- und Herbewegungsreibung zwischen einem Kolbenring und einer Zylinderlaufbuchse durch Ausbilden von Vertiefungen in der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse. In dem Patentdokument 2 ist die Zylinderlaufbuchse gemäß Variationen der Gleitgeschwindigkeit in der Zylinderaxialrichtung in eine Mehrzahl von Regionen unterteilt und die Formen der Vertiefungen sind je nach Region unterschiedlich ausgeführt, wodurch der Effekt des Reduzierens der Hin- und Herbewegungsreibung verstärkt wird. In dem Patentdokument 2 jedoch ist eine Anzahl kreisförmiger Vertiefungen zumindest in Abschnitten um die gleitenden Enden bzw. Gleitenden herum gebildet, an denen ein gleitendes Glied an einer Gleitoberfläche umdreht. Da in den Fällen, wo die Vertiefungen in den Abschnitten nahe der gleitenden Enden gebildet sind, die Gleitgeschwindigkeit abnimmt, wenn der Kolben den oberen Totpunkt und den unteren Totpunkt erreicht, besteht die Unannehmlichkeit bzw. Schwierigkeit, dass der Ölfilm dünn wird, die Tendenz besteht, dass ein metallischer Kontakt auftritt, und die Reibung zunimmt.
Patentdokument 1: japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 8-200145
Patentdokument 2: japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2007-46660
DE 103 55 685 A1 offenbart ein Werkstück mit einer als Zylinder ausgebildeten tribologisch beanspruchbaren Fläche und ein Verfahren zu deren Herstellung. Dabei wird eine Taschenstruktur durch Laserstrukturierung ausgebildet.
US 6 095 690 A offenbart ein Gleitlager mit Schmieröltaschen, die eine Tiefe von 0,03 mm bis 0,3 mm aufweisen.
Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der Probleme geschaffen und es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Zylinder bereitzustellen, der eine reduzierte Hin- und Herbewegungsreibung zwischen einem Kolbenring und der Bohrungsoberfläche des Zylinders in einer Region realisiert, wo der Kolbenring gleitet.
Mittel zum Lösen des Problems
Um die Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung einen Zylinder bereit, bei dem ein Kolben an einer Bohrungsoberfläche des Zylinders gleitet, wobei eine Mehrzahl von Aussparungen in einer Hubmittenregion in der Bohrungsoberfläche des Zylinders gebildet ist, wobei die Hubmittenregion eine Region zwischen einer unteren Flächenposition einer Ringnut bzw. -rille für einen unteren Kolbenring an einem oberen Totpunkt des Kolbens und einer oberen Flächenposition einer Ringnut bzw. -rille für einen oberen Kolbenring an einem unteren Totpunkt des Kolbens ist, wobei die Gesamtheit der Bereiche aller Aussparungen in der Spanne von 1% bis 80% liegt, wenn ein Bereich der Hubmittenregion 100% beträgt, und die Aussparungen nicht in einer anderen Region als der Hubmittenregion der Bohrungsoberfläche des Zylinders gebildet sind, wobei zumindest eine der Mehrzahl von Aussparungen in allen Sektionen einer Zylinderumfangsrichtung in der Hubmittenregion gebildet ist, wobei in Zylinderaxialrichtung der unterste Punkt einer der Aussparungen unterhalb des höchsten Punkts einer nächstgelegenen Aussparung positioniert ist.
In der Erfindung ist der Oberflächenprozess der Bohrungsoberfläche des Zylinders gemäß bzw. je nach Position der Zylinderaxialrichtung unterschiedlich gemacht. Folglich kann in der Region, wo der Kolbenring gleitet, die Hin- und Herbewegungsreibung zwischen dem Kolbenring und der Bohrungsoberfläche des Zylinders reduziert werden. Durch Festlegen des Bildungsflächenverhältnisses der Vertiefungen in der Hubmittenregion innerhalb der Spanne wird der Kontaktbereich kleiner und die Reibungskraft, die durch einen Scherwiderstand des Schmieröls verursacht wird, kann klein gehalten werden.
In der vorliegenden Erfindung ist eine Zylinderlaufbuchse an einer Innenseite des Zylinders angebracht und die Mehrzahl von Aussparungen kann in der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse gebildet sein. Selbst in dem Fall, wo Aussparungen wie oben beschrieben in der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse gebildet sind, die an der Innenseite des Zylinders angebracht ist, und der Kolben an der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse gleitet, kann die vorliegende Erfindung Effekte erzielen, die gleich denjenigen in dem Fall sind, wo die Zylinderlaufbuchse nicht gebildet ist und die Aussparungen in der Bohrungsoberfläche des Zylinders gebildet sind.
In der vorliegenden Erfindung ist zumindest eine der Mehrzahl von Aussparungen in allen Sektionen bzw. Abschnitten einer Zylinderumfangsrichtung in der Hubmittenregion gebildet. Durch Bilden einer Mehrzahl von Aussparungen, so dass diese in der Zylinderaxialrichtung überlappen, kann der Kontaktbereich effizient und einheitlich bzw. gleichmäßig reduziert werden.
In der vorliegenden Erfindung beträgt ein Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil Rz in der Region, wo die Aussparungen nicht gebildet sind, in der Hubmittenregion 4 μm oder weniger. Mit der Konfiguration kann selbst in dem Fall, wo die Aussparungen gebildet sind, die Hin- und Herbewegungsreibung reduziert werden. Das Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil Rz ist durch JIS B0601-1994 spezifiziert.
In der vorliegenden Erfindung ist eine durchschnittliche Länge in Zylinderaxialrichtungen der Aussparungen vorzugsweise gleich oder geringer als eine Länge in einer Zylinderaxialrichtung des unter den verwendeten Kolbenringen oberen Kolbenrings. Mit der Konfiguration können hermetische Eigenschaften in dem Zylinder hoch bzw. sehr stark gehalten werden.
In der vorliegenden Erfindung liegt eine durchschnittliche Länge in Zylinderradialrichtungen der Aussparungen vorzugsweise in der Spanne von 2 μm bis 1000 μm. Mit der Konfiguration kann der Einfluss des Scherwiderstands des Schmieröls bei der Hin- und Herbewegungsreibung effizient reduziert werden.
In der Erfindung kann der Zylinder für einen Verbrennungsmotor verwendet werden. Ein Zylinder wird häufig für einen Verbrennungsmotor verwendet und dies ist ein Gebiet, auf dem eine Verbesserung der Energieeffizienz besonders gefragt ist. Durch Verwendung des Zylinders der Erfindung kann daher ein hoher bzw. sehr starker Effekt erzielt werden.
Effekt der Erfindung
Der Zylinder der vorliegenden Erfindung erzeugt den Effekt, dass in einer Region, wo der Kolbenring gleitet, die Hin- und Herbewegungsreibung zwischen dem Kolbenring und der Bohrungsoberfläche des Zylinders reduziert werden kann und die Energieeffizienz einer den Zylinder verwendenden Vorrichtung verbessert werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine exemplarische Darstellung, die ein Beispiel einer Bildungsposition von Aussparungen in einer Bohrungsoberfläche einer Zylinderlaufbuchse zeigt, die an der Innenseite eines Zylinders der vorliegenden Erfindung angebracht ist.
2 ist eine exemplarische Darstellung, die ein Beispiel einer Spanne einer Hubmittenregion in dem Zylinder der Erfindung zeigt.
3A bis 3J sind schematische Entwicklungsdarstellungen, die Beispiele der Form einer Aussparung zeigen, die in dem Zylinder der Erfindung gebildet ist.
4A und 4B sind jeweils schematische Entwicklungsdarstellungen, die Beispiele des Layouts bzw. der Anordnung von Aussparungen zeigen, die in dem Zylinder der Erfindung gebildet sind.
5A und 5B sind jeweils eine schematische Entwicklungsdarstellung und ein schematischer Querschnitt, welche die Abmessungen und Position einer Aussparung erläutern, die in dem Zylinder der Erfindung gebildet ist.
6A bis 6D sind schematische Entwicklungsdarstellungen, die ein weiteres Beispiel des Layouts bzw. der Anordnung der Aussparungen in dem Zylinder der Erfindung zeigen.
7A und 7B sind jeweils ein schematischer Querschnitt und eine schematische Entwicklungsdarstellung, die das Flächenverhältnis in dem Zylinder der Erfindung erläutern.
8 ist ein schematischer Querschnitt, der Abmessungen einer Zylinderlaufbuchse zeigt, die in einem Beispiel der Erfindung verwendet wird.
9 ist eine schematische Draufsicht, die einen Maskierbogen bzw. -blech zeigt, der bzw. das zum Bilden von Aussparungen in dem Beispiel der Erfindung verwendet wird.
10 ist ein schematischer Querschnitt, der einen Zustand zum Zeitpunkt des Bildens von Aussparungen in dem Beispiel der Erfindung zeigt.
11 ist ein schematischer Querschnitt, der die Konfiguration einer Vorrichtung zeigt, die zum Messen einer Hin- und Herbewegungsreibung in dem Beispiel der Erfindung verwendet wird.
12 ist ein Graph, der ein Messergebnis in dem Beispiel der Erfindung zeigt.
13 ist ein Graph, der ein weiteres Messergebnis in dem Beispiel der Erfindung zeigt.
14 ist ein Graph, der noch ein weiteres Messergebnis in dem Beispiel der Erfindung zeigt.
15 ist ein Graph, der noch ein weiteres Messergebnis in dem Beispiel der Erfindung zeigt.
Bezugszeichenliste

1: Zylinderlaufbuchse
2: Bohrungsoberfläche
3: Aussparung
4: Hubmittenregion

Beste Modi zum Ausführen der Erfindung
Ein Zylinder der vorliegenden Erfindung ist ein Zylinder, bei dem ein Kolben an einer Bohrungsoberfläche des Zylinders gleitet, wobei eine Mehrzahl von Aussparungen in einer Hubmittenregion in der Bohrungsoberfläche des Zylinders gebildet ist, wobei die Hubmittenregion eine Region zwischen einer unteren Flächenposition einer Ringnut bzw. -rille für einen unteren Kolbenring an einem oberen Totpunkt des Kolbens und einer oberen Flächenposition einer Ringnut bzw. -rille für einen oberen Kolbenring an einem unteren Totpunkt des Kolbens ist, wobei die Gesamtheit der Bereiche aller Aussparungen in der Bohrungsoberfläche des Zylinders in der Spanne von 1% bis 80% liegt, wenn ein Bereich der Hubmittenregion 100% beträgt, und die Aussparungen nicht in einer anderen Region als der Hubmittenregion gebildet sind.
Der Zylinder der vorliegenden Erfindung ist nicht beschränkt, solange Aussparungen wie oben beschrieben gebildet sind. Der Zylinder der Erfindung erzeugt den Effekt, dass er durch die Form der Bohrungsoberfläche, in der die Aussparungen gebildet sind, eine Hin- und Herbewegungsreibung bei einem Kolben reduziert. Solange ein Zylinder in Kombination mit einem Kolben verwendet wird und der Kolben an der Bohrungsoberfläche des Zylinders gleitet, kann ein ähnlicher Effekt unabhängig von Faktoren wie Verwendung, Art und Material des Zylinders erzielt werden. Folglich kann der Zylinder der Erfindung auch als Zylinder für einen Verbrennungsmotor, wie einem Motor für ein Fahrzeug oder ein Flugzeug, eine Brennkraftmaschine mit externer Verbrennung, wie einem Stirling-Motor, und zusätzlich für einen Motor verwendet werden, der keine Wärmekraftmaschine ist, wie ein Kompressor.
Es gibt einen Zylinder, bei dem eine Zylinderlaufbuchse fixiert ist und ein Kolben an der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse gleitet (im Folgenden kann der Zylinder als ein Zylinderlaufbuchsentyp beschrieben werden), und es gibt einen Zylinder, bei dem die Zylinderlaufbuchse nicht fixiert ist und ein Kolben direkt an der Bohrungsoberfläche des Zylinders gleitet (im Folgenden kann der Zylinder als ein laufbuchsenloser Typ beschrieben werden). Die vorliegende Erfindung kann unabhängig vom Vorhandensein oder Fehlen der Zylinderlaufbuchse auf die Zylinder angewandt werden.
Im Folgenden werden die Ausführungsformen (Zylinderlaufbuchsentyp und laufbuchsenloser Typ) der vorliegenden Erfindung beschrieben.
A. Erste Ausführungsform (Zylinderlaufbuchsentyp)
Bei einem Zylinder der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Zylinderlaufbuchse an der Innenseite des Zylinders fixiert und eine Mehrzahl von Aussparungen ist in der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse gebildet. In der Ausführungsform sind die Bohrungsoberfläche des Zylinders und die Außenwandoberfläche der Zylinderlaufbuchse fixiert und der Kolben gleitet an der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse. Folglich können bzw. müssen die Aussparungen nicht für die Bohrungsoberfläche des Zylinders vorgesehen sein, an der die Außenwandoberfläche der Zylinderlaufbuchse fixiert ist. Stattdessen sind die Aussparungen in der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse gebildet, an welcher der Zylinder tatsächlich gleitet.
Im Folgenden wird der Zylinder der Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine exemplarische Darstellung, die ein Beispiel einer Bildungsposition von Aussparungen in der Bohrungsoberfläche einer Zylinderlaufbuchse zeigt, die an der Innenseite eines Zylinders der Ausführungsform angebracht ist. Wie es in 1 gezeigt ist, ist eine Mehrzahl von Aussparungen 3 in einer Bohrungsoberfläche 2 einer Zylinderlaufbuchse 1 in der Ausführungsform gebildet. Die Aussparungen 3 sind nur in einer Hubmittenregion 4 in der Bohrungsoberfläche 2 der Zylinderlaufbuchse 1 gebildet, und es sind keine Aussparungen 3 in einer anderen Region als der Hubmittenregion 4 gebildet. Die Hubmittenregion 4 ist eine Region zwischen einer unteren Flächenposition einer Ringnut bzw. -rille für einen unteren Kolbenring an einem oberen Totpunkt des Kolbens und einer oberen Flächenposition einer Ringnut bzw. -rille für einen oberen Kolbenring an einem unteren Totpunkt des Kolbens.
2 ist ein schematischer Querschnitt, der ein Beispiel der Spanne der Hubmittenregion 4 in der Zylinderlaufbuchse zeigt, die an der Innenseite des Zylinders der Ausführungsform fixiert ist. 2 ist ein Querschnitt, der sowohl einen Kolben 21a an der oberen Totpunkt-Stoppposition als auch einen Kolben 21b an der unteren Totpunkt-Stoppposition zeigt, wenn sich der Kolben hin und her bewegt. Die Hubmittenregion 4 ist eine Region in der Bohrungsoberfläche 2 der Zylinderlaufbuchse 1 von der Position einer unteren Fläche 24 einer Ringnut bzw. -rille 23 für einen unteren Kolbenring 22 des Kolbens 21a in der oberen Totpunkt-Stoppposition bis zu der Position einer oberen Fläche 27 einer Ringnut bzw. -rille 26 für einen oberen Kolbenring 25 an einer unteren Totpunkt-Stoppposition 21b. 2 zeigt den Kolben, der eine Konfiguration aufweist, die drei Kolbenringe (einen ersten Druckring, einen zweiten Druckring und einen Ölsteuer- bzw. -regel- bzw. -abstreifring) verwendet. Ein unterer Kolbenring 22 ist der Ölabstreifring und der obere Kolbenring 25 ist der erste Druckring.
Um die Energieeffizienz einer Vorrichtung zu verbessern, bei welcher der Zylinder verwendet wird, beispielsweise um den Kraftstoffverbrauch eines Motors zu verbessern, ist es effektiv, den Reibungsverlust zwischen einem Kolbenring und der Bohrungsoberfläche eines Zylinders (in der Ausführungsform der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse) zu reduzieren. Obwohl das Verfahren zum Reduzieren des Reibungsverlusts je nach Gleitbedingungen variiert, insbesondere da der Kolben Eigenschaften, wie dass die Geschwindigkeit an dem oberen und dem unteren Totpunkt Null wird, aufweist, variiert das Verfahren je nach Gleitposition. Folglich kann bei der Zylinderlaufbuchse, die an der Innenseite des Zylinders der Ausführungsform angebracht ist, durch Ausbilden von Aussparungen lediglich in der Hubmittenregion in der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse die Reibungskraft in der Region des gesamten Gleitprozesses reduziert werden.
Genauer gesagt kann nahe dem oberen Totpunkt und nahe dem unteren Totpunkt, wo die Bewegungsgeschwindigkeit relativ gering ist, die Hin- und Herbewegungsreibung reduziert werden, indem die Oberflächenrauheit der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse reduziert wird. In der Hubmittenregion als einer Region, in der die Gleitgeschwindigkeit zwischen der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse und dem Kolbenring hoch ist, ist jedoch der Einfluss des Scherwiderstands von Schmieröl groß. Folglich wird in der Ausführungsform durch Ausbilden von Aussparungen in der Hubmittenregion in der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse, die an der Innenseite des Zylinders fixiert ist, der Kontaktbereich zwischen dem Kolbenring und der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse reduziert. Dies ermöglicht eine Reduzierung des Einflusses des Scherwiderstands von Schmieröl.
In dem Fall, wo Aussparungen in der gesamten Region gebildet sind, in welcher der Kolbenring gleitet (wobei Aussparungen auch in einer anderen Region als der Hubmittenregion gebildet sind), wird der Kontaktbereich kleiner, so dass der Kontaktoberflächendruck zunimmt. Nahe dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt wird eine Grenzschmierung erreicht, so dass die Reibungskraft zunimmt.
Im Folgenden wird solch ein Zylinder der Ausführungsform detailliert Punkt für Punkt beschrieben.
1. Hubmittenregion
Zunächst wird die Hubmittenregion als eine Region beschrieben, in der die Aussparungen in der Ausführungsform gebildet sind.
In der Ausführungsform ist die „Hubmittenregion” wie oben beschrieben eine Region zwischen einer unteren Flächenposition einer Ringnut bzw. -rille für einen unteren Kolbenring an einem oberen Totpunkt eines Kolbens und einer oberen Flächenposition einer Ringnut bzw. -rille für einen oberen Kolbenring an einem unteren Totpunkt des Kolbens. Wie es beispielsweise in 2 gezeigt ist, ist in dem Fall, wo drei Kolbenringe in der Reihenfolge erster Druckring, zweiter Druckring und Ölabstreifring von der Oberseite des Kolbens angeordnet sind, das obere Ende der Hubmittenregion in der Position der unteren Fläche der Ringnut für den Ölabstreifring und das untere Ende in der Position der oberen Fläche der Ringnut für den ersten Druckring. In der Ausführungsform sind die Aussparungen nur in der Hubmittenregion gebildet, und es sind keine Aussparungen in einer anderen Region als der Hubmittenregion gebildet. Die Ausführungsform ist nicht auf die Konfiguration beschränkt, welche die drei Kolbenringe verwendet, sondern kann gleichermaßen für eine Konfiguration, die zwei Kolbenringe verwendet (einen Druckring und einen Ölabstreifring), und eine Konfiguration aus einem Kolbenring (ein Kolben, der die Gasdichtung und die Ölsteuerung bzw. -regelung bzw. -abstreifung durchführt) angewandt werden.
2. Aussparung
Als nächstes werden Aussparungen beschrieben, die in der Hubmittenregion in der Bohrungsoberfläche einer Zylinderlaufbuchse gebildet sind, die an der Innenseite des Zylinders der Ausführungsform fixiert ist.
In der Ausführungsform ist die Form der Aussparung, die in der Hubmittenregion gebildet ist, nicht näher eingeschränkt, sondern kann je nach Faktoren, wie Layout bzw. Anordnung der Aussparungen geeignet eingestellt werden. Wie es beispielsweise in 3A bis 3J gezeigt ist, können Aussparungen gebildet sein, die Formen aufweisen, die durch eine gerade Linie und/oder eine gekrümmte Linie konstruiert sind. Die Aussparung kann eine horizontal längliche Form wie in 3A bis 3C, eine vertikal längliche Form wie in 3D bis 3G oder eine Form aufweisen, die ein nahezu gleiches Verhältnis von horizontal zu vertikal aufweist, wie in 3H bis 3J.
Um den Kontaktbereich effizient und gleichmäßig bzw. einheitlich zu reduzieren ist in der Ausführungsform zumindest eine Aussparung der Mehrzahl von Aussparungen vorzugsweise in allen Sektionen bzw. Abschnitten in Umfangsrichtung des Zylinders in der Hubmittenregion gebildet. Wenn man die Sektionen in Umfangsrichtung betrachtet, ist, falls keine Aussparung in einer bestimmten Sektion gebildet ist und wenn der Kolbenring durch die Sektion tritt, der Kontaktbereich zwischen dem Kolbenring und der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse größer als derjenige in dem Fall, wo der Kolbenring durch eine Sektion tritt, in der eine Mehrzahl von Aussparungen gebildet ist. Daher ist in dem Fall, wo der Kolbenring durch die Sektion tritt, in der keine Aussparung gebildet ist, der Einfluss des Scherwiderstands des Schmieröls groß. Als ein Ergebnis ist die Hin- und Herbewegungsreibung groß.
In dem Fall jedoch, wo zumindest eine Aussparung der Mehrzahl von Aussparungen in allen Sektionen in Umfangsrichtung des Zylinders in der Hubmittenregion gebildet ist, wie es oben beschrieben ist, kann der Kontaktbereich zuverlässig und einheitlich reduziert werden, auch wenn der Kolbenring durch eine der Sektionen in Umfangsrichtung in der Hubmittenregion tritt. Somit kann die Hin- und Herbewegungsreibung zuverlässig reduziert werden und es kann ein hoher Reproduktionsreibungskraft-Reduzierungseffekt, d. h. ein Reibungskraftreduzierungseffekt mit hoher Reproduktionsfähigkeit erzielt werden.
Als Beispiele für den Zustand in der Ausführungsform wo „zumindest eine Aussparung der Mehrzahl von Aussparungen in allen Sektionen in Umfangsrichtung des Zylinders gebildet ist”, können die in 4A und 4B gezeigten Fälle genannt werden. 4A und 4B sind schematische Entwicklungsdarstellungen, die ein Layout- bzw. Anordnungsbeispiel der Aussparungen 3 in der Hubmittenregion 4 in 1 zeigen. In 4A und 4B ist die vertikale Richtung der Zeichnungen die axiale Richtung des Zylinders und die horizontale Richtung der Zeichnungen die Umfangsrichtung des Zylinders. Wie es in 4A gezeigt ist, entspricht die Linie X, die in der Umfangsrichtung des Zylinders gezeichnet ist, dem untersten Punkt 5a einer Aussparung 3a, und der unterste Punkt 5a ist unterhalb des höchsten Punkts 6b einer nächstgelegenen Aussparung 3b positioniert. Die Linie Y, die in der Umfangsrichtung des Zylinders gezeichnet ist, entspricht dem untersten Punkt 5b der Aussparung 3b, und der unterste Punkt 5b ist unterhalb des höchsten Punkts 6c der nächstgelegenen Aussparung 3c positioniert. Durch Anordnen der Aussparungen nahe aneinander in vertikaler Richtung, so dass diese in der Zylinderaxialrichtung überlappen, kann zumindest eine Aussparung der Mehrzahl von Aussparungen in allen Querschnitten in Umfangsrichtung des Zylinders gebildet sein. Mit dieser Konfiguration kann beim Hin- und Herbewegen des Kolbens der Kontaktbereich mit der Zylinderbohrungsoberfläche an jeder Position in der Zylinderaxialrichtung des gleitenden Kolbenrings in der Hubmittenregion reduziert werden und ein Effekt des Reduzierens der Hin- und Herbewegungsreibung erzeugt werden.
4B ist ebenfalls eine schematische Entwicklungsdarstellung ähnlich der 4A und zeigt ein Layout-Beispiel der Aussparungen 3 in der Hubmittenregion 4 in 1. In 4B ist ebenfalls die vertikale Richtung der Zeichnung die axiale Richtung des Zylinders und die horizontale Richtung der Zeichnung die Umfangsrichtung des Zylinders. In 4A sind die Aussparungen 3 mit einem Flächenverhältnis gebildet, das in der Zylinderaxialrichtung einheitlich ist (das Verhältnis des Gesamtbereichs aller Aussparungen, wenn der Bereich der Hubmittenregion 100% beträgt). Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Wie es in 4B gezeigt ist, kann das Flächenverhältnis der Aussparungen 3 nahe den Enden der Hubmittenregion 4 in der Zylinderaxialrichtung niedrig und um die Mitte der Hubmittenregion 4 herum hoch sein.
In der Ausführungsform sind die Abmessungen der Aussparung nicht eingeschränkt, sondern können je nach Faktoren, wie Abmessungen des Zylinders und des Kolbenrings, der zusammen mit dem Zylinder verwendet wird, geeignet eingestellt werden. Obwohl die Aussparung so gebildet sein kann, dass sie die Hubmittenregion in der Zylinderaxialrichtung penetriert, ist vom Standpunkt des Haltens bzw. Beibehaltens hermetischer Eigenschaften des Zylinders die durchschnittliche Länge in der Zylinderaxialrichtung der Aussparung vorzugsweise gleich der oder geringer als die Länge in der Zylinderaxialrichtung eines von verwendeten Kolbenringen oberen Kolbenrings. Die durchschnittliche Länge in der Zylinderaxialrichtung der Aussparung ist vorzugsweise gleich oder größer als 0,2 mm, und bevorzugter 0,5 mm oder größer, so dass der Effekt des Ausbildens der Aussparungen hinreichend erzielt werden kann.
Die durchschnittliche Länge in der Zylinderumfangsrichtung der Aussparung liegt vorzugsweise in der Spanne von 0,1 mm bis 15 mm, und bevorzugter 0,3 mm bis 5 mm. In dem Fall, wo die durchschnittliche Länge in der Zylinderumfangsrichtung der Aussparung geringer ist als die Spanne, kann der Effekt des Ausbildens der Aussparung nicht hinreichend erzielt werden. In dem gegenteiligen Fall, wo die durchschnittliche Länge in der Umfangsrichtung die Spanne übersteigt, kann die Unannehmlichkeit bzw. Schwierigkeit auftreten, dass ein Teil des Kolbenrings in die Aussprung gelangt und sich der Kolbenring verformt.
Vorzugsweise liegt die durchschnittliche Länge in der Zylinderdurchmesserrichtung der Aussparung vorzugsweise in der Spanne von 2 μm bis 1000 μm, besonders in der Spanne von 2 μm bis 500 μm und insbesondere in der Spannen von 2 μm bis 50 μm. In dem Fall, wo die durchschnittliche Länge in der Zylinderdurchmesserrichtung der Aussparung geringer ist als die Spanne, verhält es sich so, dass der Effekt des Ausbildens der Aussparungen nicht hinreichend erzielt werden kann. In dem gegenteiligen Fall, wo die durchschnittliche Länge in der radialen Richtung die Spanne übersteigt, kann die Unannehmlichkeit bzw. Schwierigkeit auftreten, dass das Be- bzw. Verarbeiten schwierig ist und es erforderlich ist, die Länge in der radialen Richtung der Zylinderlaufbuchse zu erhöhen (die Dicke zu erhöhen).
In der Ausführungsform liegt die durchschnittliche Länge in der Zylinderumfangsrichtung zwischen den Aussparungen vorzugsweise in der Spanne von 0,1 mm bis 15 mm, und noch bevorzugter in der Spanne von 0,3 mm bis 5 mm.
In dem Fall, wo die durchschnittliche Länge in der Zylinderumfangsrichtung zwischen den Aussparungen geringer ist als die Spanne, ist die Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse, an welcher der Kolbenring gleitet, zu schmal und der Kolbenring kann nicht auf stabile Weise an der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse gleiten. In dem gegenteiligen Fall, wo die durchschnittliche Länge in der Zylinderumfangsrichtung zwischen den Aussparungen die Spanne übersteigt, kann der Effekt des Ausbildens der Aussparung nicht hinreichend erzielt werden.
In der Ausführungsform gibt die durchschnittliche Länge der Aussparungen die durchschnittliche Länge jedes der in 5A und 5B gezeigten Teile an. 5A ist eine schematische Entwicklungsdarstellung, deren vertikale Richtung der Zylinderaxialrichtung der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse entspricht. 5B ist ein schematischer Querschnitt in der Umfangsrichtung der Zylinderlaufbuchse. Wie es in 5A gezeigt ist, gibt die durchschnittliche Länge in der axialen Richtung der Aussparung die durchschnittliche Länge der Aussparungen 3 in der Zylinderaxialrichtung an.
Die durchschnittliche Länge in der Umfangsrichtung der Aussparung 3 ist ein Durchschnitt der Länge der Aussparungen 3 in der Zylinderumfangsrichtung, wie es in 5A gezeigt ist. Wie es in 5B gezeigt ist, gibt die durchschnittliche Länge in der Umfangsrichtung der Aussparung 3 durchschnittliche Längen in den Oberflächen einschließlich der Bohrungsoberfläche 2 an, und der Bereich der Aussparung gibt gleichermaßen an.
Die Länge in der radialen Richtung der Aussparung 3 ist die durchschnittliche Länge von der unteren Oberfläche der Aussparung 3 zu der Bohrungsoberfläche 2 der Zylinderlaufbuchse 1, wie es in 5B gezeigt ist. Die durchschnittliche Länge in der Umfangsrichtung des Zylinders zwischen den Aussparungen ist der Durchschnitt der Länge zwischen benachbarten Aussparungen 3, wie es in 5A und 5B gezeigt ist.
In der Ausführungsform ist das Layout der Aussparungen nicht näher eingeschränkt.
Beispielsweise sind 6A bis 6D Entwicklungsdarstellungen des Entwickelns des Innenumfangs der Zylinderlaufbuchse zu bzw. in der Umfangsrichtung. Wie es in 6A gezeigt ist, können die Aussparungen so gebildet sein, dass sie die Hubmittenregion in der Zylinderaxialrichtung penetrieren. Wie es in 6B gezeigt ist, kann die Aussparung spiralförmig in der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse gebildet sein. Wie es in 6C und 6D gezeigt ist, können die Aussparungen, die jeweils eine spezifische Länge in der Zylinderaxialrichtung aufweisen, in vorbestimmten Intervallen angeordnet sein. Ferner können die Aussparungen unregelmäßig (zufällig) oder regelmäßig angeordnet sein, wie es in 6A bis 6D gezeigt ist. Zusätzlich können sich die Formen und Abmessungen einer Mehrzahl von Aussparungen, die in der Bohrungsoberfläche einer einzigen bzw. einzelnen Zylinderlaufbuchse gebildet sind, voneinander unterscheiden oder gleich sein.
In der Ausführungsform ist eine Mehrzahl von Aussparungen nur in der Hubmittenregion gebildet. Es ist ausreichend, dass die Gesamtheit der Bereiche aller Aussparungen in der Spanne von 1% bis 80% liegt, wenn ein Bereich der Hubmittenregion 100% beträgt, und die Anzahl von Aussparungen, die pro Sektion bzw. Abschnitt in der Zylinderumfangsrichtung oder dergleichen gebildet sind, ist nicht näher eingeschränkt. In dem Fall jedoch, dass die Anzahl von Aussparungen, die in einer Sektion bzw. Abschnitt in der Zylinderumfangsrichtung gebildet sind, zu gering ist, können der Effekt des Reduzierens der Hin- und Herbewegungsreibungskraft, der durch das Ausbilden der Aussparungen erzielt wird, und des Reduzierens des Kontaktbereichs nicht hinreichend erzielt werden. Folglich werden in der Hubmittenregion Aussparungen vorzugsweise in einem Maße gebildet, dass ein Hin- und Herbewegungsreibungskraft-Reduzierungseffekt in allen Sektionen in der Zylinderumfangsrichtung erzielt wird.
Die Aussparung in dem Maße, dass ein Hin- und Herbewegungsreibungskraft-Reduzierungseffekt erzielt wird, variiert je nach Faktoren wie der Hin- und Herbewegungsgeschwindigkeit des Kolbens, der mitverwendet wird. In der Ausführungsform jedoch liegt die Gesamtheit der Bereiche aller Aussparungen in der Spanne von 1% bis 80%, vorzugsweise in der Spanne von 10% bis 60%, und noch bevorzugter in der Spanne von 20% bis 50%, wenn ein Bereich der Hubmittenregion 100% beträgt. Wenn das Flächenverhältnis nicht in der Spanne liegt, kann der Effekt des Ausbildens der Aussparungen nicht hinreichend erzielt werden. Wenn das Flächenverhältnis die Spanne übersteigt, ist der Kontaktbereich zu klein und es kann die Unannehmlichkeit bzw. Schwierigkeit auftreten, dass der Kolbenring nicht auf stabile Weise an der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse gleiten kann. Vom Standpunkt des Hin- und Herbewegungsreibungskraft-Reduzierungseffekts aus liegt die Abmessung der Aussparung in den oben beschriebenen bevorzugten Spannen. Folglich ist es bevorzugt, die Anzahl von Aussparungen, die pro Sektion in der Zylinderumfangsrichtung gebildet sind, so einzustellen, dass das Flächenverhältnis in der Spanne liegt, die als bevorzugte Spanne der Abmessungen der Aussparung in Betracht kommt bzw. gezogen wird.
In der Ausführungsform bedeutet „Gesamtheit der Bereiche aller Aussparungen, wenn ein Bereich der Hubmittenregion 100% beträgt” das Verhältnis der Gesamtheit von A₁, A₂, A₃, ..., A_n in dem Bereich der Hubmittenregion, wenn die Bereiche der Aussparungen 3 A₁, A₂, A₃, ..., A_n sind, wie es in 7A und 7B gezeigt ist. Das Flächenverhältnis wird ausgedrückt durch die folgende Formel unter Verwendung der Gesamtheit A_gesamt der Bereiche A₁, A₂, A₃, ..., A_n der Aussparungen 3 in der Hubmittenregion und der Gesamtheit B_gesamt der Bereiche B der Bohrungsoberfläche 2, anders als die Aussparungen 3 in der Hubmittenregion. Wie es in 7A gezeigt ist, ist der Bereich der Aussparung 3 nicht der Bereich des Bodens der Aussparung 3, sondern der Bereich der Sektion einschließlich der Bohrungsoberfläche 2. [Gleichung 1]
In der Ausführungsform können die oben genannten Faktoren, wie Form, Abmessungen, Layout. und Flächenverhältnis der Aussparungen in der gesamten Hubmittenregion gleich sein oder je nach Region variieren. Beispielsweise kann in der Hubmittenregion das Flächenverhältnis unter Regionen in der Zylinderaxialrichtung variieren. Wie es in 4B gezeigt ist, kann das Flächenverhältnis der Aussparungen in dem oberen und unteren Teil (nahe Enden) des Hubmittenregion niedrig und in dem Mittelabschnitt der Hubmittenregion hoch sein. Das Flächenverhältnis oder dergleichen kann Schritt für Schritt oder kontinuierlich variieren.
3. Zylinderlaufbuchse
Eine Zylinderlaufbuchse wird in der Ausführungsform verwendet, indem sie an der Bohrung eines Zylinders fixiert wird, der in Kombination mit einem Kolben verwendet wird. Ein an dem Kolben angebrachter Kolbenring gleitet an der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse. In der Zylinderlaufbuchse, die an der Innenseite des Zylinders der Ausführungsform fixiert ist, ist eine Mehrzahl von Aussparungen nur in der Hubmittenregion gebildet. Es ist ausreichend, dass die Gesamtheit der Bereiche aller Aussparungen in der Spanne von 1% bis 80% liegt, wenn ein Bereich der Hubmittenregion 100% beträgt. Faktoren wie die Abmessungen und das Material der Zylinderlaufbuchse können geeignet in Abhängigkeit des mitverwendeten Zylinders, der Betriebstemperatur und dergleichen eingestellt bzw. angepasst werden.
Vom Standpunkt des Reduzierens der Hin- und Herbewegungsreibung zwischen dem Kolbenring und der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse beträgt in der Ausführungsform das Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil Rz in der Region, wo die Aussparungen nicht gebildet sind, in der Hubmittenregion vorzugsweise 4 μm oder weniger, bevorzugter 2 μm oder weniger, und noch bevorzugter 1 μm oder weniger. In der Ausführungsform weisen vorzugsweise alle Regionen, in denen der Kolbenring gleitet, wie die Region nahe dem oberen Totpunkt, die Region nahe dem unteren Totpunkt und die Hubmittenregion in der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse die oben beschriebene Oberflächenrauheit auf. Das Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil Rz ist durch JIS B0601-1994 spezifiziert.
4. Zylinder
In der Ausführung kann jeder Zylinder verwendet werden, solange die Zylinderlaufbuchse, in der Aussparungen wie oben beschrieben gebildet sind, an der Innenseite des Zylinders fixiert werden kann. Faktoren wie die Abmessungen und das Material des Zylinders können geeignet in Abhängigkeit von den Abmessungen, der Betriebstemperatur und dergleichen eines Motors, Kompressors oder dergleichen, in denen der Zylinder verwendet wird, eingestellt bzw. angepasst werden.
B. Zweite Ausführungsform (laufbuchsenloser Typ)
In einem Zylinder einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist nicht wie in „Erste Ausführungsform” eine Zylinderlaufbuchse fixiert, sondern die Aussparungen sind direkt in der Bohrungsoberfläche des Zylinders gebildet und ein Kolben gleitet direkt an der Bohrungsoberfläche des Zylinders.
In der Ausführungsform kann jeder Zylinder verwendet werden, solange Aussparungen wie oben beschrieben in der Bohrungsoberfläche des Zylinders gebildet sind. Faktoren wie die Abmessungen und das Material des Zylinders können geeignet in Abhängigkeit von den Abmessungen, der Betriebstemperatur und dergleichen eines Motors, Kompressors oder dergleichen, in denen der Zylinder verwendet wird, eingestellt bzw. angepasst werden. Es gibt einen Fall, wo ein Oberflächenprozess an der Bohrung des Zylinders durchgeführt wird. Die Ausführungsform kann ungeachtet von Faktoren wie dem Vorhandensein/Fehlen eines solchen Oberflächenprozesses und der Qualität des Zylinderbasismaterials angewandt werden.
Vom Standpunkt des Reduzierens der Hin- und Herbewegungsreibung zwischen dem Kolbenring und der Bohrungsoberfläche des Zylinders beträgt in der Ausführungsform das Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil Rz in der Region, wo die Aussparungen nicht gebildet sind, in der Hubmittenregion vorzugsweise 4 μm oder weniger, bevorzugter 2 μm oder weniger, und noch bevorzugter 1 μm oder weniger. In der Ausführungsform weisen vorzugsweise alle Regionen, in denen der Kolbenring gleitet, wie die Region nahe dem oberen Totpunkt, die Region nahe dem unteren Totpunkt und die Hubmittenregion in der Bohrungsoberfläche des Zylinders die oben beschriebene Oberflächenrauheit auf. Das Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil Rz ist durch JIS B0601-1994 spezifiziert.
Da der Zylinder dieser Ausführungsform ähnlich dem Zylinder des Zylinderlaufbuchsentyps von „A. Erste Ausführungsform” ist, ausgenommen, dass die Zylinderlaufbuchse nicht verwendet wird und die Aussparungen in der Bohrungsoberfläche des Zylinders gebildet sind, wird die Beschreibung nicht wiederholt. Das heißt „1. Hubmittenregion” und „2. Aussparung” von „A. Erste Ausführungsform” gelten wie sie sind für den laufbuchsenlosen Typ der zweiten Ausführungsform. Der Zylinder der zweiten Ausführungsform erzeugt ähnliche Effekte wie in dem Fall von „A. Erste Ausführungsform”, indem die Aussparungen wie oben beschrieben in der Hubmittenregion in der Bohrungsoberfläche gebildet sind.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorhergehenden Ausführungsformen beschränkt. Die Ausführungsformen sind veranschaulichend und jegliche Sache, die im Wesentlichen die gleiche Konfiguration aufweist wie die technische Idee, die im Rahmen der Ansprüche der Erfindung beschrieben wird, und einen ähnlichen Effekt erzeugt, ist in dem technischen Rahmen der Erfindung umfasst. Beispielsweise kann als Material für die Zylinderbohrungsoberfläche der Erfindung ein herkömmlich verwendetes Material, wie Aluminium, eine Legierung auf Aluminiumbasis, Gusseisen, Gussstahl, Stahl oder dergleichen verwendet werden.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird unten genauer anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen beschrieben.
[Beispiel 1]
Eine Zylinderlaufbuchse wurde durch das folgende Verfahren hergestellt und die Hin- und Herbewegungsreibungskraft der Zylinderlaufbuchse wurde gemessen.
(Be- bzw. Verarbeitung an Zylinderlaufbuchse)
Aussparungen wurden in der Hubmittenregion einer Zylinderlaufbuchse (Material: FC250), die eine in 8 gezeigte Abmessung (mm) aufweist, mit einem Maskierbogen bzw. -blech, das in 9 gezeigt ist, durch den folgenden Vorgang gebildet. Die Aussparungen wurden mit der in 5A gezeigten Form und Layout gebildet.

(1) Der Maskierbogen wurde an die Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse angehaftet.
(2) Wie es in 10 gezeigt ist, wurde ein Zylinder 91, der aus einem Kupferblech hergestellt ist (Blechdicke: 0,5 mm und Außendurchmesser des Zylinders: 74 mm), in eine Zylinderlaufbuchse 92 eingesetzt und so fixiert, dass der Zwischenraum zwischen dem aus einem Kupferblech hergestellten Zylinder 91 und der Zylinderlaufbuchse 92 einheitlich bzw. gleichmäßig wird.
(3) Die Zylinderlaufbuchse 92 von (2) wurde in einen Behälter 93 eingesetzt.
(4) Eine Korrosionslösung 94 wurde in den Behälter 93 gegossen.
(5) Eine Spannung von 1,5 V wurde unter Verwendung der Zylinderlaufbuchse 92 als eine Anode und des Kupferblechzylinders 91 als eine Kathode angelegt, um galvanische Korrosion zu verursachen.
(6) Nach fünfminütiger Korrosion wurde die Zylinderlaufbuchse 92 aus dem Behälter 93 genommen. Als Abmessungen der Aussparung wurde die Länge in der Zylinderumfangsrichtung auf 0,8 mm festgelegt, die Länge in der Zylinderaxialrichtung auf 0,8 mm festgelegt und die durchschnittliche Länge in der Zylinderradialrichtung auf 20 μm festgelegt. Die Form (Abmessung) der Aussparung wurde gemessen durch Übertragen der Form der Zylinderbohrungsoberfläche unter Verwendung von Harz bezüglich der Länge in der Zylinderumfangsrichtung und der Länge in der Zylinderaxialrichtung. Die durchschnittliche Länge in der Zylinderradialrichtung ist ein Durchschnittswert, der durch Messen durch Verschieben einer Sonde einer Messvorrichtung für Oberflächenrauheit/Konturform in der Zylinderaxialrichtung erhalten wird.

(Messung der Hin- und Herbewegungsreibungskraft)
Die Hin- und Herbewegungsreibungskraft (N) der Zylinderlaufbuchse, die durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt bzw. bearbeitet wird, wurde unter Verwendung einer in 11 gezeigten Vorrichtung gemessen. Die Länge h1 in der axialen Richtung eines verwendeten Kolbenringprüfstücks betrug 1,2 mm, die Länge a1 in der radialen Richtung betrug 3,2 mm und die Spannung Ft in der Tangentiallinienrichtung des Kolbenrings betrug 9,8 N. Die Drehgeschwindigkeit zum Messzeitpunkt der Hin- und Herbewegungsreibungskraft betrug 50 bis 750 rpm, die Kolbenringumgebungstemperatur betrug 80°C und Testöl mit einer SAE-Viskosität von 10 W bis 30 wurde verwendet.
(Auswertung)
12 zeigt ein Messergebnis in dem Fall, wo das Flächenverhältnis 0%, 1%, 10%, 30%, 50%, 60%, 80% und 90% beträgt, wenn das Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil Rz in dem Bereich, wo keine Aussparungen gebildet sind, in der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse 2 μm betrug, die durchschnittliche Länge in der Zylinderradialrichtung der Aussparung 10 μm betrug und die Drehgeschwindigkeit 750 rpm betrug. 12 zeigt das Reibungskraftverhältnis, wenn die Reibungskraft eines herkömmlichen Gegenstands, in dem die Aussparungen nicht gebildet sind und das Flächenverhältnis 0% ist, auf 1,00 festgelegt ist. Es ist ersichtlich aus 12, dass die Reibungskraft effektiv abnimmt, wenn das Flächenverhältnis in der Spanne von 1% bis 80% liegt, und minimal wird, wenn das Flächenverhältnis 50% beträgt. Als Grund hierfür wird folgender angenommen. Wenn das Flächenverhältnis auf 50% erhöht wird, nimmt die Reibungskraft auf Grund des Abnehmeffekts in dem Kontaktbereich ab. Wenn das Flächenverhältnis 50% übersteigt, wird der Kontaktbereich kleiner, so dass der Oberflächendruck des gleitenden Teils übermäßig hoch wird und die Reibungskraft zunimmt.
13 zeigt ein Messergebnis in dem Fall, wo die durchschnittliche Länge in der Zylinderradialrichtung der Aussparung 0 μm, 2 μm, 5 μm, 10 μm, 50 μm, 100 μm und 500 μm betrug, wenn das Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil Rz in dem Bereich, wo keine Aussparungen in der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse gebildet sind, 2 μm betrug, das Flächenverhältnis 50% betrug und die Drehgeschwindigkeit 750 rpm betrug. 13 zeigt das Reibungskraftverhältnis, wenn die Reibungskraft eines herkömmlichen Gegenstands, in dem die Aussparungen nicht gebildet sind und die durchschnittliche Länge in der Zylinderradialrichtung der Aussparung 0 μm beträgt, auf 1,00 festgelegt ist. Es ist ersichtlich aus 13, dass die Reibungskraft effektiv reduziert wird, wenn die durchschnittliche Länge in der Zylinderradialrichtung der Aussparung 5 μm oder mehr beträgt. Da als eine normale Ölfilmdicke etwa 5 μm angenommen werden, indem bzw. wenn die durchschnittliche Länge in der Zylinderradialrichtung der Aussparung auf 5 μm oder mehr festgelegt wird, kann das Schmieröl vorübergehend in der Aussparung aufbewahrt werden, wenn der Kolbenring passiert bzw. vorbeiläuft. Daher ist der Zylinder unempfindlich für den Schwerwiderstand des Schmieröls.
14 zeigt ein Messergebnis in dem Fall, wo das Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil Rz der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse 0,5 μm, 2 μm, 4 μm und 5 μm betrug, wenn das Flächenverhältnis 50% war, die durchschnittliche Länge in der Zylinderradialrichtung der Aussparung 10 μm betrug und die Drehgeschwindigkeit 750 rpm betrug. 14 zeigt das Reibungskraftverhältnis, wenn die Reibungskraft eines herkömmlichen Gegenstands, in dem die Aussparungen nicht gebildet sind und das Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil Rz der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse 2 μm beträgt, auf 1,00 festgelegt ist. Es ist ersichtlich aus 14, dass, selbst wenn das Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil Rz das gleiche ist, die Reibungskraft der Zylinderlaufbuchse, in der die Aussparungen gebildet sind, größtenteils reduziert ist vergleichen mit derjenigen einer Zylinderlaufbuchse, in der die Aussparungen nicht gebildet sind. In dem Fall, wo die Aussparungen gebildet sind, wenn das Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil Rz 2 μm übersteigt, nimmt die Reibungskraft stark zu. Als Grund hierfür wird folgender angenommen. Durch Bilden der Aussparungen wird der Kontaktbereich kleiner. Verglichen mit dem Fall, wo die Aussparungen nicht gebildet sind, wird der Oberflächendruck in dem gleitenden Teil höher und der Zylinder ist empfindlich für die Oberflächenrauheit der Gleitoberfläche.
[Beispiel 2]
Unter Verwendung der in 11 gezeigten Vorrichtung wurde ein mechanischer Verlust (FMEP) erhalten, der durch Reibungskraft bewirkt wird. In einem Testverfahren wurde ein Teststück-Kolbenring in einen Kolben gesetzt bzw. gelegt und ein Lauf im Betrieb durchgeführt. Danach wurde die Drehgeschwindigkeit, die der Motordrehzahl entspricht, bei einer Öltemperatur von 80°C geändert und die Reibungskraft wurde gemessen. In dem Beispiel wurde die Reibungskraft bezüglich einer Zylinderlaufbuchse (Beispiel 2), in der Aussparungen nur in der Hubmittenregion gebildet sind, einer Zylinderlaufbuchse (Vergleichsbeispiel 2-1), in der keine Aussparungen gebildet sind, einer Zylinderlaufbuchse (Vergleichsbeispiel 2-2), in der Aussparungen nur in gleitenden Enden gebildet sind, und einer Zylinderlaufbuchse (Vergleichsbeispiel 2-3) gemessen, in der Aussparungen in den gleitenden Enden und der Hubmittenregion gebildet sind. Wenn die Aussparungen in der Hubmittenregion gebildet wurden, wurden sie so gebildet, dass die Gesamtheit der Bereiche aller Aussparungen 50% wird, wenn der Bereich der Hubmittenregion 100% ist. Die gleitenden Enden geben eine Region (das obere gleitenden Ende) von dem oberen Ende des Zylinders zu der Position der unteren Fläche der Ringnut bzw. -rille für den Teststück-Kolbenring an dem oberen Totpunkt des Kolbens und einer Region (das untere gleitende Ende) von der Position der oberen Fläche der Ringnut bzw. -rille für den Teststück-Kolbenring an dem unteren Totpunkt des Kolbens zu dem unteren Ende der Zylinderlaufbuchse an, und zwar der Zylinderlaufbuchse der in 11 dargestellten Vorrichtung.
15 zeigt ein Messergebnis. 15 zeigt die Verhältnisse des mechanischen Verlusts von Zylinderlaufbuchsen, wenn der mechanische Verlust der Zylinderlaufbuchse des Vergleichsbeispiels 2-1, in dem keine Aussparungen gebildet sind, 1 beträgt. Es ist ersichtlich aus 15, dass der mechanische Verlust der Zylinderlaufbuchsen von Beispiel 2, in dem Aussparungen nur in der Hubmittenregion gebildet sind, geringer ist als derjenige des Vergleichsbeispiels 2-1, in dem keine Aussparungen gebildet sind, und derjenige der Vergleichsbeispiele 2-2 und 2-3, in denen Aussparungen in den gleitenden Enden gebildet sind.

Claims

Zylinder, bei dem ein Kolben (21a) an einer Bohrungsoberfläche (2) des Zylinders gleitet, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Aussparungen (3a, 3b) in einer Hubmittenregion (4) in der Bohrungsoberfläche (2) des Zylinders gebildet ist, die Hubmittenregion (4) eine Region zwischen einer unteren Flächenposition einer Ringnut (23) für einen unteren Kolbenring (22) an einem oberen Totpunkt des Kolbens (21a) und einer oberen Flächenposition einer Ringnut (26) für einen oberen Kolbenring (25) an einem unteren Totpunkt des Kolbens (21a) ist, wobei die Gesamtheit der Bereiche aller Aussparungen (3a, 3b) in der Spanne von 1% bis 80% liegt, wenn ein Bereich der Hubmittenregion 100% beträgt, und die Aussparungen (3a, 3b) nicht in einer anderen Region als der Hubmittenregion der Bohrungsoberfläche (2) des Zylinders gebildet sind, wobei zumindest eine der Mehrzahl von Aussparungen (3a, 3b) in allen Sektionen einer Zylinderumfangsrichtung in der Hubmittenregion gebildet ist, wobei in Zylinderaxialrichtung der unterste Punkt (5a) einer der Aussparungen (3a) unterhalb des höchsten Punktes (6b) einer nächstgelegenen Aussparung (3b) positioniert ist.
Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zylinderlaufbuchse (1) an einer Innenseite des Zylinders fixiert ist und die Mehrzahl von Aussparungen (3a, 3b) in der Bohrungsoberfläche (2) der Zylinderlaufbuchse (1) gebildet ist.
Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil Rz nach JIS B0601-1994 in der Hubmittenregion in einem Bereich, in dem keine Aussparungen gebildet sind, 4 μm oder weniger beträgt.
Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine durchschnittliche Abmessung der Aussparungen (3a, 3b) in der Zylinderaxialrichtung gleich oder geringer ist als eine Abmessung eines oberen Kolbenrings (25) in der Zylinderaxialrichtung.
Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine durchschnittliche Abmessung der Aussparungen (3a, 3b) in der Zylinderradialrichtung im Bereich von 2 μm bis 1000 μm liegt.
Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder für einen Verbrennungsmotor verwendet wird.