DE60032720T2 - Gleitelement und kolben für brennkraftmaschine - Google Patents

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Shigemi c/o K.K Honda Gijutsu Kenkyu KOBAYASHI
Masashi c/o K.K.Honda Gijutsu Kenkyu MURATA
Hidemi c/o K.K. Honda Gijutsu Kenkyu OGIHARA
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16J10/00Engine or like cylinders; Features of hollow, e.g. cylindrical, bodies in general
    • F16J10/02Cylinders designed to receive moving pistons or plungers
    • F16J10/04Running faces; Liners
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01MLUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
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    • F01M1/08Lubricating systems characterised by the provision therein of lubricant jetting means
    • F01M2001/083Lubricating systems characterised by the provision therein of lubricant jetting means for lubricating cylinders
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16NLUBRICATING
    • F16N7/00Arrangements for supplying oil or unspecified lubricant from a stationary reservoir or the equivalent in or on the machine or member to be lubricated
    • F16N7/14Arrangements for supplying oil or unspecified lubricant from a stationary reservoir or the equivalent in or on the machine or member to be lubricated the lubricant being conveyed from the reservoir by mechanical means
    • F16N7/16Arrangements for supplying oil or unspecified lubricant from a stationary reservoir or the equivalent in or on the machine or member to be lubricated the lubricant being conveyed from the reservoir by mechanical means the oil being carried up by a lifting device

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Gleitelemente, die zwischen relativ zueinander gleitenden Gleitoberflächen von Gleitelementen ausreichende Schmierölmengen halten können und die den Gleitwiderstand reduzieren können und die Entstehung eines ungewöhnlichen Geräuschs dazwischen wirksam vermeiden können. Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Kolben für Brennkraftmaschinen, der auf der Gleitoberfläche mit einer Buchse ausreichende Schmierölmengen halten kann.
  • Technischer Hintergrund
  • Um den Gleitwiderstand gleitender Elemente zu reduzieren, sind den Materialien von Gleitelementen Fluorverbindungen, Silikon oder dergleichen hinzugefügt worden, oder alternativ sind zuvor Beschichtungen vorgesehen worden, die aus Materialien wie etwa Molybdän und Fluor-Harz hergestellt sind. Jedoch kann der erstere Fall nicht zu einer wesentlichen Reduktion des Gleitwiderstands führen, und der letztere Fall hat Probleme darin, dass die Beschichtung absplittert oder verschleißt.
  • Insbesondere wird in einem Kolben von Brennkraftmaschinen (nachfolgend einfach als "Kolben" bezeichnet) ein Teil des Verbrennungsdrucks in der Brennkammer von einem Kolbenring aufgenommen, der in Bezug auf eine Buchse gleitet. Die Position des Kolbens wird durch Kontaktieren eines Hemdabschnitts, der am unteren Abschnitt des Kolbens vorgesehen ist, mit der Buchse beibehalten. Wenn daher der Kontakt des Hemdabschnitts mit der Buchse nicht glattgängig erfolgt, nimmt der Gleitwiderstand zu, wodurch der Kraftstoffverbrauch erhöht wird und aufgrund des Kontakts vom Kolben mit der Buchse in einigen Fällen ein ungewöhnliches Geräusch erzeugt wird.
  • Die japanischen Gebrauchsmusteranmeldungen, Erstveröffentlichungen Nr. 16451/77 und 193941/82 schlagen Verfahren vor, in denen auf einem Hemdabschnitt von Kolben durch Sandstrahlen oder Kugelstrahlen feine Dellen gebildet werden. Es ist bekannt, dass diese Verfahren nicht zu der Wirkung führen können, die Entstehung eines ungewöhnlichen Geräuschs zu vermeiden.
  • Allgemein ist es bekannt, dass relativ zueinander gleitende Oberflächen anfänglich einem starken Verschleiß unterliegen. Der Grund hierfür ist, dass anfänglich durch spanende Bearbeitung gebildete scharte Kanten verschleißen, und dieser Verschleiß wird "Anfangsverschleiß" genannt. Der Anfangsverschleiß tritt auf, während er zusammen durch mehrere Faktoren beeinflusst wird, wie etwa die den Gleitoberflächen zugeführten Schmierölmenge, den auf die Gleitoberflächen ausgeübten Oberflächendruck, der Gleitgeschwindigkeit, der Oberflächenrauhigkeit der Oberflächen und der Wärme, die durch die Wirkungen dieser Faktoren erzeugt wird. Der Verschleißbetrag und der Gleitwiderstand werden reduziert, wenn diese Faktoren ausgeglichen sind (Einlaufphänomen). Nachdem Einlaufphänomen treten große Verschleißbeträge nicht auf, so lange das Gleichgewicht nicht unterbrochen ist. Wenn sich jedoch die Zufuhr von Schmieröl oder die Relativgeschwindigkeit des Gleitens oder dergleichen stark verändert, könnte eine Wärmeerzeugung, ein rascher Verschleiß und eine Makro-Verformung der Gleitoberflächen auftreten, und diese können ein ungewöhnliches Geräusch hervorrufen.
  • Daher beruht die vorliegende Erfindung auf dem Anfangsverschleiß an den Gleitelementen, und eine Aufgabe der Erfindung ist es, Gleitelemente mit idealen Oberflächeneigenschaften nach dem Anfangsverschleiß bereitzustellen. Das heißt, die Aufgabe der Erfindung ist es, Gleitelemente bereitzustellen, die nach dem Anfangsverschleiß glattgängig gleiten und ein ungewöhnliches Geräusch wirksam vermieden werden kann. Ferner ist es eine andere Aufgabe der Erfindung, einen Kolben bereitzustellen, an denen die Gleitelemente angewendet werden, so dass das Spiel zwischen dem Hemdabschnitt und der Buchse eng sein kann, wodurch die Position des Kolbens stabil sein kann, und ein Klappern des Kolbens verhindert werden kann und daher Geräusch und Vibration unterdrückt werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gleitwiderstand in einer frühen Stufe durch Auftreten von Anfangsverschleiß innerhalb einer kurzen Zeit in einer Anfangsstufe des Betriebs zu reduzieren.
  • In der U.S. 5 630 953 erstrecken sich die Nuten parallel zur Längsrichtung des Vorsprungs, der durch die Kanäle definiert ist, so dass sie eine Art Barriere an dem oberen Längsrand des trapezförmigen Querschnitts bilden, die den Öltransfer zwischen den Kanälen und der Oberseite des trapezförmigen Querschnitts, der die Nuten enthält, unterbindet.
  • Die EP 0 709 587 zeigt Gleitelemente gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Dort ist an der Oberseite der Vorsprünge eine scharfe spitze Rauhigkeit vorgesehen.
  • In der U.S. 5 239 955 wird eine Kolbenoberfläche mit Dellen versehen, um den Eingriff eines Fest-Schmiermittelfilms zu verbessern.
  • In der U.S. 4 258 084 ist das Glaskugelstrahlen ebener Zylinderwände offenbart, um Vertiefungen auszubilden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung sieht Gleitelemente vor, die eine Gleitoberfläche haben und die relativ zueinander in einer Gleitrichtung gleiten, wobei die Gleitoberfläche zumindest eines der Gleitelemente umfasst: einen Vorsprung, der sich entlang einer die Gleitrichtung kreuzenden Richtung erstreckt; und eine Rauigkeit, die an einer Oberfläche des Vorsprungs vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung bei Betrachtung im Querschnitt entlang der Gleitrichtung einen angenähert trapezförmigen Querschnitt hat, worin der trapezförmige Querschnitt die Gleitoberfläche und an seinen peripheren Abschnitten gebildete Kanten bildet; und die Rauigkeit durch eine Mehrzahl feiner Dellen gebildet ist, die Drainageabschnitte an den peripheren Abschnitten des angenähert trapezförmigen Abschnitts bilden, welche dazu ausgelegt sind, der Gleitoberfläche durch die Drainageabschnitte entlang der Gleitrichtung Schmieröl zuzuführen.
  • In 1A und in den anderen Figuren werden die Funktionen der Erfindung in Bezug auf Kolben erläutert.
  • 1A zeigt eine Oberfläche eines Hemdabschnitts eines Kolbens ohne Dellen, welche durch eine Computer-generierte Darstellung gezeigt ist, und zeigt Vorsprünge, die sich entlang dem Außenumfang des Kolbenkörpers erstrecken. 1A zeigt den Zustand des Außenumfangs des Kolbenkörpers nach spanender Bearbeitung. Der Vorsprung wird zwischen Vertiefungen ausgebildet, die einen kreisförmigen Querschnitt haben. Die spanende Bearbeitung kann derart durchgeführt werden, dass der Außenumfang des Kolbenkörpers mit einem Eingriff geschnitten wird, wenn der Kolbenkörper in seiner axialen Richtung relativ gefördert wird. In diesem Fall ist der Vorsprung entlang der axialen Richtung spiralig.
  • Wenn an dem Kolben Anfangsverschleiß auftritt, wird der Kantenabschnitt des Vorsprungs abgetragen, so dass er einen angenähert trapezförmigen Querschnitt bekommt, wie in 1B gezeigt. Der trapezförmige Abschnitt besteht aus einer Gleitoberfläche und einer Kante E, die an dessen peripheren Abschnitten ausgebildet ist, und die Kante E verhindert, dass das in den Vertiefungen angesammeltes Schmieröl der Gleitoberfläche, die eine Schmierung benötigt, zugeführt wird. Die 2A und 2B zeigen einen Querschnitt des in den 1A und 1B gezeigten Vorsprungs, worin 2A einen Zustand nach der spanenden Bearbeitung zeigt und 2B einen Zustand nach dem Anfangsverschleiß zeigt. Wie sich aus 2B versteht, fungiert die Kante, die an dem peripheren Abschnitt der Gleitoberfläche nach dem Anfangsverschleiß gebildet ist, als Spitze, und das Schmieröl kann an einigen Abschnitten nicht zugeführt werden. In diesem Fall würde die Temperatur der Abschnitte zunehmen und ein ungewöhnliches Geräusch hervorrufen.
  • 3A zeigt eine Oberfläche eines Hemdabschnitts des Kolbens gemäß der Erfindung, die durch eine Computer-generierte Darstellung gezeigt ist, und zeigt einen Vorsprung, der sich entlang dem Außenumfang des Kolbenkörpers erstreckt, sowie feine Dellen, die an der Oberfläche des Vorsprungs ausgebildet sind. Wenn an dem Kolben Anfangsverschleiß auftritt, wird der Kantenabschnitt des Vorsprungs abgetragen, so dass der Querschnitt angenähert trapezförmig wird, wie in 3B gezeigt. Die Dellen bilden Drainageabschnitte B an den peripheren Abschnitten der Gleitoberfläche an dem trapezförmigen Abschnitt.
  • Die Funktionen der Dellen in der Erfindung werden in Bezug auf die 5A und 5B erläutert. Wie in 5A gezeigt, hat die Oberfläche des Kolbens im fertig spanend bearbeiteten Zustand mehrere V-förmige Nuten, die sich entlang seinem Außenumfang erstrecken, bei vergrößerter Betrachtung. Wenn der Oberfläche Schmieröl zugeführt wird und darauf ein Oberflächendruck ausgeübt wird, sammelt sich aufgrund des Kapillareffekts das Schmieröl am Boden der Nut rascher an als am oberen Kantenabschnitt, so dass sich nur schwer ein Ölfilm bildet und der Gleitwiderstand groß ist. Im Gegensatz hierzu zeigt 5B eine Ausführung der Delle gemäß der Erfindung. Wenn einer solchen Oberfläche Schmieröl zugeführt wird, wie in 5C gezeigt, fungiert die Delle als Ölreservoir und akkumuliert Öltröpfchen O. Daher bleibt der Ölfilm S erhalten, wenn auf die Oberfläche ein Oberflächendruck ausgeübt wird, und hierdurch wird eine Zunahme des Gleitwiderstands verhindert.
  • Gemäß der Erfindung akkumuliert jede feine Delle das Schmieröl, und durch die Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens kann das Schmieröl der Gleitoberfläche durch den Drainageabschnitt B leicht zugeführt werden. Nachdem der Anfangsverschleiß stattgefunden hat und der Kolben in die Buchse eingesetzt wird, wird daher das Schmieröl dem Gleitabschnitt zugeführt, um einen Ölfilm zu bilden, um hierdurch die Gleitoberfläche zu schmieren und ein ungewöhnliches Geräusch zu vermeiden. Die 4A und 4B sind Querschnitte des in den 3A und 3B gezeigten Vorsprungs, wobei 4A den Zustand vor dem Anfangsverschleiß zeigt, und 4B den Zustand nach dem Anfangsverschleiß zeigt. Da, wie in 4A gezeigt, der Vorsprung mit Dellen ausgebildet ist, findet der Anfangsverschleiß rasch statt. Es tritt ein Einlaufphänomen auf, wenn mehrere Faktoren wie etwa die der Gleitoberfläche zugeführte Schmierölmenge und der auf die Gleitoberfläche ausgeübte Oberfächendruck im Gleichgewicht stehen. Das Gleichgewicht wird bei einem niedrigen Gleitwiderstand erhalten, da der Anfangsverschleiß in einer kurzen Zeit im Anfangszustand des Betriebs abgeschlossen wird. Darüber hinaus wird das Schmieröl den Gleitoberflächen glattgängig zugeführt und sammelt sich in den auf der Gleitoberfläche verbleibenden Dellen an, und der Gleitwiderstand nach dem Anfangsverschleiß kann stark reduziert werden. Daher kann das Spiel zwischen dem Hemdabschnitt des Kolbens und der Buchse eng sein, so dass die Position des Kolbens stabil sein kann und ein Klappern des Kolbens verhindert wird, um hierdurch Geräusch und Vibration zu unterdrücken.
  • Das oben erwähnte Einlaufphänomen sollte rasch und mit einem geringen Verschleißbetrag vonstatten gehen. Der vordere Abschnitt des Vorsprungs, der entlang dem Umfang des Hemdabschnitts vorgesehen ist, der mit einer Buchse eine Gleitoberfläche darstellt, verschleißt während des Gleitens, bis der Oberflächendruck stabil wird. Der Grund hierfür ist, dass der überstehende Spitzenabschnitt des Vorsprungs beseitigt wird, um eine entsprechende Fläche von Vorsprüngen beizubehalten, die beim Gleiten dem Oberflächendruck widerstehen können. Der beseitigte obere Abschnitt verbleibt in dem Schmieröl als Schleifpartikel. Um die Menge der Schleifpartikel auf so gering wie möglich zu reduzieren, ist es wirksam, zuvor eine ebene Oberfläche auszubilden, die dem Oberflächendruck widerstehen kann, anstatt eine scharfe Kante auszubilden. Daher hat der Vorsprung einen angenähert trapezförmigen Abschnitt, bei Betrachtung im Querschnitt entlang der Gleitrichtung. Bei einer solchen Konstruktion können der Oberflächendruck, der auf die Gleitoberfläche ausgeübt wird, und die Oberflächenrauhigkeit davon, sowie die gemäß der relativen Gleitgeschwindigkeit zugeführte Schmierölmenge in einer kürzeren Dauer stabil sein, im Gegensatz zu dem Fall, in dem durch spanende Bearbeitung eine scharfe Kante ausgebildet wird.
  • Um die oben erwähnten Vorteile zu erlangen, müssen die Dellen eine geeignete Größe haben. Wenn die Dellen zu klein sind, ist die Funktion, das Schmieröl zu akkumulieren, nicht ausreichend, und die Funktion des Extrahierens des Schmieröls zu der Gleitoberfläche hin ist nicht ausreichend, da der Drainageabschnitt zu klein ist. Wenn hingegen die Dellen zu groß sind, wird der Vorsprung zu stark deformiert, und die Funktionen durch den Vorsprung können nicht erhalten werden. Die Delle kann durch Kugelstrahlen gebildet werden. In diesem Fall liegt, entsprechend den Einschränkungen der Größe der Dellen, die durchschnittliche Tiefe der Dellen bevorzugt im Bereich von 0,6 bis 1,8 μm.
  • Die 6A und 6B zeigen Querschnitte der Vorsprünge vor dem Anfangsverschleiß. 6A zeigt eine Ausführung, die eine Vertiefung mit kreisförmigen Querschnitt hat. In einer Ausführung hat der Vorsprung einen kreisförmigen Querschnitt, wie in 6B gezeigt, im Gegensatz zu jenem von 6A, oder Vertiefungen in Vorsprüngen erstrecken sich im Querschnitt als Wellen, wie in 6C gezeigt, oder haben einen dreieckigen Querschnitt, wie in 6E gezeigt. Die Ausführungen der 6A, 7B, 6C und 6E sind durch die vorliegende Erfindung nicht abgedeckt. Die Erfindung bezieht sich auf eine Ausführung, in der die Vertiefung und der Vorsprung einen trapezförmigen Querschnitt haben, wie in 6D gezeigt.
  • Um die Voreile der Erfindung zu erlangen, liegt der Abstand P der Vorsprünge bevorzugt im Bereich von 200 bis 400 μm, und besonders bevorzugt im Bereich von 250 bis 300 μm. Die Höhe N1 bis zum oberen Rand des Vorsprungs vom Boden der Vertiefung vor dem Anfangsverschleiß beträgt bevorzugt 7 bis 15 μm, und besonders bevorzugt 8 bis 12 μm.
  • Bei dem Kugelstrahlprozess zur Bildung von Dellen werden bevorzugt kleine partikuläre Glasperlen durch Luft auf den Kolben gestrahlt. Der durchschnittliche Durchmesser der Kugel liegt bevorzugt im Bereich von 20 bis 60 μm, und der Durchmesser der Kugel beträgt bevorzugt 20 μm oder mehr. Der Luftdruck beim Kugelstrahlen liegt bevorzugt im Bereich von 1,5 bis 5,0 kg/cm2. Es sollte angemerkt werden, dass es bevorzugt ist, die Dellen auf der gesamten Oberfläche einschließlich der Vertiefung auszubilden, obwohl die Dellen auch nur auf dem Vorsprung ausgebildet werden können. Die Vorsprünge und die Dellen werden bevorzugt nicht nur auf dem Hemdabschnitt des Kolbens ausgebildet, sondern auch auf Nuten der Kolbenringe und einem Steg, so dass die Entstehung ungewöhnlicher Geräusche zwischen der Nut und dem Kolbenring und zwischen dem Steg und der Buchse verhindert werden.
  • Es sollte angemerkt werden, dass die Gleitelemente der Erfindung nicht auf die oben erwähnten Kolben beschränkt sind, sondern auf beliebige Typen von Elementen anwendbar sind. Zum Beispiel kann die Erfindung auf hin-und-her gleitende Elemente angewendet werden, und rotierende Gleitelemente, wie etwa Kolbenbolzen, Gleitmetalle für Brennkraftmaschinen und Nockenwellenhalter. In dem man zumindest eines eines Paars von Gleitelementen in der obigen Weise ausgestaltet, kann man die gleichen Vorteile wie oben beschrieben erhalten, worin das Schmieröl auf der Gleitoberfläche gehalten werden kann und die Herstellung die Erzeugung eines ungewöhnlichen Geräuschs verhindert werden kann.
  • Ferner können Festschmierstoffe wie etwa Molybdän-Disulfid und fluorartige Harze vor oder nach dem Kugelstrahlprozess durch einen Oberflächenbehandlungsprozess, wie etwa Beschichtung, Imprägnierung und Diffusion, vorgesehen werden.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1A und 1B sind jeweils Ansichten, die vergrößerte Oberflächen eines Kolbens ohne Delle zeigen, worin 1A den Zustand vor dem Anfangsverschleiß zeigt und 1B den Zustand nach dem Anfangsverschleiß zeigt.
  • 2A und 2B sind Querschnitte eines Kolbens ohne Dellen, worin 2A den Zustand vor dem Anfangsverschleiß zeigt und 2B den Zustand nach dem Anfangsverschleiß zeigt.
  • 3A und 3B sind Ansichten, die vergrößerte Oberflächen eines Kolbens der Erfindung zeigen, worin 3A den Zustand vor dem Anfangsverschleiß zeigt und 3B den Zustand nach dem Anfangsverschleiß zeigt.
  • 4A und 4B sind Querschnitte eines Kolbens der Erfindung, worin 4A den Zustand vor dem Anfangsverschleiß zeigt und 4B den Zustand nach dem Anfangsverschleiß zeigt.
  • 5A ist eine schematische Zeichnung, die einen Querschnitt eines herkömmlichen Kolbens zeigt, 5B ist eine schematische Zeichnung, die einen Querschnitt eines Kolbens der Erfindung zeigt, und 5C zeigt den Zustand, in dem sich in einer Delle ein Öltröpfchen angesammelt hat.
  • 6A und 6B sind Querschnitte von Vorsprüngen von Kolben vor dem Anfangsverschleiß, worin 6A einen Kolben mit einer kreisförmigen Vertiefung zeigt und 6B einen Kolben mit einem kreisförmigen Vorsprung, entgegengesetzt zu 6A, zeigt. 6C bis 6E sind Querschnitte von Vorsprüngen von Kolben vor dem Anfangsverschleiß, worin 6C einen Kolben zeigt, in dem Vertiefungen und Vorsprünge sich als Wellen erstrecken, 6D einen Kolben zeigt, in dem die Querschnitte der Vertiefung und des Vorsprungs trapezförmig sind, und 6E einen Kolben zeigt, in dem die Querschnitte der Vertiefungen und der Vorsprünge dreieckig sind.
  • 7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem einwirkenden Druck und der durchschnittlichen Tiefe von Dellen in einer Ausführung zeigt.
  • 8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Einlaufdauer und dem Reduktionsindex einer Ausführung zeigt.
  • 9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der durchschnittlichen Dellengröße und der Reduktionsrate des Gleitwiderstands in einer Ausführung zeigt;
  • 10 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem einwirkenden Druck und der Reduktionsrate des Gleitwiderstands in einer Ausführung zeigt.
  • 11 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der auf Proben ausgeübten Last und dem Reibkoeffizienten in einer Ausführung zeigt.
  • Beste Art zur Ausführung der Erfindung
  • A. Herstellung von Proben
  • Es wurden Kolben mit typischer Form und Größe hergestellt. Vorsprünge (Streifen) mit einem in 6A gezeigten Querschnitt wurden um den Außenumfang der Kolben herum ausgebildet. Der Abstand zwischen den Vorsprüngen betrug etwa 250 μm und deren Höhe betrug etwa 10 μm. Der Kolben wurde auf einem Drehteller angebracht, und Glasperlen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 40 μm wurden mit Druckluft auf die Seitenoberfläche des Kolbens gestrahlt, während der Kolben gedreht wurde. Es wurden mehrere Proben hergestellt, während der einwirkende Druck von 1,5 kg/cm2 auf 5,0 kg/cm2 geändert wurde.
  • B. Dellenmessung
  • Zur Auswertung der durchschnittlichen Tiefe von Dellen in jeder Probe wurde die Oberflächenrauigkeit Ra der Probe gemessen, und Ra wurde definiert als die durchschnittliche Tiefe. Die Ergebnisse sind in 7 gezeigt. Wie aus 7 ersichtlich, nimmt die Tiefe der Delle zu, wenn der ausgeübte Druck beim Kugelstrahlprozess erhöht wurde.
  • C. Messung des Reibverlusts
  • Es wurden geeignete Proben ausgewählt, und sie wurden in Brennkraftmaschinen installiert, und deren Reibverlust wurde dann gemessen. Bei der Messung des Reibverlusts wurde der Leistungs-Reibverlust der Brennkraftmaschine gemessen, und der Reduktionsindex des Gleitwiderstands wurde gemäß der Leistungsänderung berechnet. Der Reduktionsindex beim Anfangsbetrieb wurde als "1" definiert, und die zeitliche Änderung im Reduktionsindex ist in 8 gezeigt. Es sollte angemerkt werden, dass 0,9% des Reduktionsindex bedeutet, dass der Gleitwiderstand mit der Rate von 10% reduziert ist. Als Vergleichsbeispiel wurde ein Kolben mit dem in 6A gezeigten Querschnitt ohne Kugelstrahlprozess einem ähnlichen Einlaufbetrieb unterzogen, und das Ergebnis davon ist in 8 gezeigt.
  • Wie in 8 gezeigt, sank der Reduktionsindex in der Erfindung rasch von 1 auf 0,94, wenn der Einlaufbetrieb gestartet wurde, und sank dann langsam weiter. Im Gegensatz hierzu sank der Reduktionsindex im Vergleichsbeispiel viel langsamer als in der Erfindung und blieb dann auf einem höheren Niveau als in der Erfindung. Vergleicht man den Reduktionsindex nach dem Abschluss des Einlaufbetriebs, war zu erkennen, dass das Beispiel der Erfindung 2,2% niedriger war als im Vergleichsbeispiel.
  • D. Gleittest
  • Die Seitenoberfläche der Probe in dem Beispiel wurde gegen eine Platte gedrückt, die eine Buchse simulierte, und wurde mit einem Hub von 50 mm hin und her bewegt. In diesem Fall wurde Schmieröl auf die Oberfläche der Platte getropft, und die Drucklast wurde allmählich erhöht. In diesem Zustand wurde der Echtzeit-Reibwiderstand gemessen, und der durchschnittliche Reibwiderstand pro Zeiteinheit wurde durch Integrieren des Reibwiderstands über die Zeit gemessen. Die im obigen Einlaufbetrieb verwendete Probe des Vergleichsbeispiels wurde dem gleichen Gleittest wie oben unterzogen. Der durchschnittliche Reibwiderstand in dem Beispiel wurde berechnet, wobei der durchschnittliche Reibwiderstand in dem Vergleichsbeispiel als "1" definiert wurde und die Reduktionsrate (%) des Gleitwiderstands in der Erfindung in Bezug auf jene des Vergleichsbeispiels berechnet wurde. Die Beziehung zwischen der durchschnittlichen Dellentiefe und der Reduktionsrate des Gleitwiderstands ist in 9 gezeigt. Wie sich aus 9 versteht, ist die Reduktionsrate des Gleitwiderstands groß, wenn die durchschnittliche Tiefe der Dellen im Bereich von 0,6 bis 1,8 μm liegt.
  • Die in 9 gezeigte Beziehung ist in die Beziehung zwischen dem beim Kugelstrahlprozess einwirkenden Druck und der Reduktionsrate des Gleitwiderstands gebracht, und diese ist in 10 gezeigt. In 10 sind die einwirkenden Drucke im Bereich von 2,5 bis 4,5 kg/cm2 aufgetragen. Auf den Plot wird eine gekrümmte Linie aufgelagert, und die gekrümmte Linie wird extrapoliert, wie mit der gestrichelten Linie angegeben. Im Ergebnis wird angenommen, dass die Reduktionsrate des Gleitwiderstands groß ist, wenn der ausgeübte Druck im Bereich von 1,5 bis 5,0 kg/cm2 liegt.
  • E. Fresstest
  • Im obigen Gleittest wurde das Auftropfen des Schmieröls gestoppt, und der Kolben wurde hin und her bewegt, bis ein Fressen auftrat, während der Reibkoeffizient gemessen wurde. Die Proben in der Erfindung und dem Vergleichsbeispiel wurden dem Test unterzogen, und die Ergebnisse davon sind in 11 gezeigt. Wie in 11 gezeigt, trat im Vergleichsbeispiel das Fressen bei 7 kgf auf. Im Gegensatz hierzu trat in der Erfindung das Fressen bis zu 22 kgf nicht auf. Somit wurde bestätigt, dass der Kolben in der Erfindung einen überragenden Gleitwiderstand hat, und dies zeigte auch, dass er wirksam darin ist, die Entstehung eines ungewöhnlichen Geräuschs zu vermeiden.
  • Da wie oben erläutert, die Erfindung einen sich entlang dem Außenumfang erstreckenden Vorsprung und an der Oberfläche des Vorsprungs vorgesehene feine Dellen enthält, wird Schmieröl in den Dellen akkumuliert und wird beim Einlaufbetrieb durch einen von der Delle gebildeten Drainageabschnitt leicht extrahiert. Im Ergebnis wird die Entstehung eines ungewöhnlichen Geräuschs verhindert, und der Gleitwiderstand nach dem Einlaufvorgang kann in der Erfindung reduziert werden. Da das Spiel zwischen dem Hemdabschnitt des Kolbens und der Buchse eng sein kann, kann daher die Position des Kolbens stabil sein und kann ein Klappern des Kolbens verhindert werden, um hierdurch Geräusch und Vibration zu unterdrücken.

Claims (13)

  1. Gleitelemente, die eine Gleitoberfläche haben und die in einer Gleitrichtung relativ zueinander gleiten, wobei die Gleitoberfläche zumindest eines der Gleitelemente umfasst: einen Vorsprung, der sich entlang einer die Gleitrichtung kreuzenden Richtung erstreckt; und eine Rauigkeit, die an einer Oberfläche des Vorsprungs vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung bei Betrachtung im Querschnitt entlang der Gleitrichtung einen angenähert trapezförmigen Querschnitt hat, worin der trapezförmige Querschnitt die Gleitoberfläche und an seinen peripheren Abschnitten gebildete Kanten (E) bildet; und die Rauigkeit durch eine Mehrzahl feiner Dellen gebildet ist, die Drainageabschnitte (B) an den peripheren Abschnitten des angenähert trapezförmigen Abschnitts bilden, welche dazu ausgelegt sind, der Gleitoberfläche durch die Drainageabschnitte (B) entlang der Gleitrichtung Schmieröl zuzuführen.
  2. Gleitelemente nach Anspruch 1, worin die Dellen eine durchschnittliche Tiefe im Bereich von 0,6 bis 1,8 μm haben.
  3. Gleitelemente nach Anspruch 1, worin die Delle als Ölreservoir fungiert und Schmieröl akkumuliert.
  4. Gleitelemente nach Anspruch 1, worin die Delle durch einen Kugelstrahlprozess mittels Glasperlen, die einen durchschnittlichen Durchmesser im Bereich von 20 bis 60 μm haben, gebildet ist.
  5. Gleitelemente nach Anspruch 4, worin die Glasperlen Durchmesser von 20 μm oder mehr haben.
  6. Gleitelemente nach Anspruch 1, worin die Gleitoberfläche eine Mehrzahl von Vorsprüngen aufweist und der Abstand dazwischen im Bereich von 200 bis 400 μm liegt.
  7. Gleitelemente nach Anspruch 1, worin der Abstand zwischen den Vorsprüngen im Bereich von 250 bis 300 μm liegt.
  8. Gleitelemente nach Anspruch 1, worin das Gleitelement einem Anfangsverschleiß unterworten wird und der Vorsprung eine Höhe vor dem Anfangsverschleiß im Bereich von 7 bis 15 μm aufweist.
  9. Gleitelemente nach Anspruch 1, worin das Gleitelement einem Anfangsverschleiß unterworfen wird und der Vorsprung eine Höhe vor dem Anfangsverschleiß im Bereich von 8 bis 12 μm aufweist.
  10. Gleitelemente nach Anspruch 6, worin die Delle an einer zwischen den Vorsprüngen vorgesehenen Vertiefung vorgesehen ist.
  11. Gleitelemente nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin die Gleitoberfläche einen Hemdabschnitt bildet, der an einer Seitenoberfläche des Kolbenkörpers eines Kolbens für Brennkraftmaschinen vorgesehen ist.
  12. Gleitelemente nach Anspruch 11, worin die Delle in einer Nut für einen Kolbenring vorgesehen ist.
  13. Gleitelemente nach Anspruch 11, worin die Delle an einem Steg vorgesehen ist.
DE60032720T 1999-07-05 2000-06-27 Gleitelement und kolben für brennkraftmaschine Expired - Lifetime DE60032720T2 (de)

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JP19106699 1999-07-05
JP19106699 1999-07-05
PCT/JP2000/004207 WO2001002712A1 (fr) 1999-07-05 2000-06-27 Element coulissant et piston pour moteur thermique

Publications (2)

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DE60032720D1 DE60032720D1 (de) 2007-02-15
DE60032720T2 true DE60032720T2 (de) 2007-04-26

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ID=16268318

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Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60032720T Expired - Lifetime DE60032720T2 (de) 1999-07-05 2000-06-27 Gleitelement und kolben für brennkraftmaschine

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US (1) US6523456B1 (de)
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