JP2004176556A - 内燃機関のシリンダ - Google Patents
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Abstract
【課題】従来に比してシリンダの耐焼き付き性を向上させると共に、ピストン若しくはピストンリングとシリンダとの間の摩耗及びフリクションを低減する。
【解決手段】シリンダライナ１０の上端からピストン２０が上死点にあるときのオイルリング３４の下方までの範囲に対応するシリンダボア面２２の上方領域３６及び下死点にあるときのピストン２０の上端からシリンダライナ１０の下端までの範囲に対応する下方領域３８が、最も大きいクロスハッチ角度αにてホーニング加工され、上方領域３６と下方領域３８との間の中央領域４０が最も小さいクロスハッチ角度γにてホーニング加工され、上方領域３６と中央領域４０との間の上側中間領域４２及び下方領域３８と中央領域４０との間の下側中間領域４４がαとγとの間のクロスハッチ角度βにてホーニング加工されている。
【選択図】 図１
【解決手段】シリンダライナ１０の上端からピストン２０が上死点にあるときのオイルリング３４の下方までの範囲に対応するシリンダボア面２２の上方領域３６及び下死点にあるときのピストン２０の上端からシリンダライナ１０の下端までの範囲に対応する下方領域３８が、最も大きいクロスハッチ角度αにてホーニング加工され、上方領域３６と下方領域３８との間の中央領域４０が最も小さいクロスハッチ角度γにてホーニング加工され、上方領域３６と中央領域４０との間の上側中間領域４２及び下方領域３８と中央領域４０との間の下側中間領域４４がαとγとの間のクロスハッチ角度βにてホーニング加工されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のシリンダに係り、更に詳細にはシリンダボア面がホーニング加工された内燃機関のシリンダに係る。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のシリンダのシリンダボア面は、一般に、その潤滑オイルの保持性を確保すべくホーニング加工されている。例えば下記の特許文献１には、ピストンが上死点にあるときに於けるピストンリングの範囲に対応する領域に於いて、ホーニング加工のクロスハッチ角度が小さく設定されることによりオイル保持性を良好にして摩耗を抑制し、それより下方の領域についてはクロスハッチ角度が大きく設定された内燃機関のシリンダライナが記載されている。
【０００３】
また下記の特許文献２には、ピストンが上死点にあるときにもピストンリングが摺動しない範囲に於いてはクロスハッチ角度が実質的に３０°に設定され、それより下方の領域についてはクロスハッチ角度が４５°に設定され、これにより摩耗、オイル消費が改善されるよう構成された内燃機関のシリンダが記載されており、下記の特許文献３には、ピストンが上死点及び下死点の何れかにあるときに於けるピストンリングの範囲に対応する領域に於いて、粗いホーニング仕上げが行われ、中間部分は精密な、即ち粗さが小さいホーニング加工が行われ、これにより摩耗、オイル消費が改善されるよう構成された内燃機関のシリンダが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
実開平６−６７８３６号公報
【特許文献２】
特開平７−７５９５９号公報
【特許文献３】
特開平８−９３５４５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上述の特許文献１及び２に記載されたシリンダに於いては、シリンダ上方部のシリンダボア面に於けるクロスハッチ角度が小さいので、オイルの保持性は良好であり、ピストン若しくはピストンリング及びシリンダボア面の摩耗を低減することができるが、オイルが一旦溝に保持されるとオイルは溝に長時間滞留してしまい、逆にオイル温度（油膜温度）が上昇してしまうことに起因して焼き付きが発生し易いという問題がある。また上記上方部以外の領域のクロスハッチ角度が大きいので、オイルの流動が激しくオイルの冷却による温度低下が大きいため、オイルの粘性が高くなり易く、またこの領域はピストンの速度が高く且つオイル量が多い流体潤滑領域であるため、油膜厚さが大きくなり過ぎてしまい、その結果フリクションが高くなるという問題がある。
【０００６】
また上述の特許文献３に記載されたシリンダに於いては、シリンダ上方部及び下方部のシリンダボア面の粗さが荒いので、オイルの保持性が向上し摩耗を抑制することができるが、上述の特許文献１及び２の構成の場合と同様、長時間同じオイルが溝内に滞留するため、油膜温度が上昇し過ぎて焼き付きが発生し易いという問題がある。また内燃機関が運転されることなく長時間放置されることによりオイルが完全に切れた状態で内燃機関が始動されると、シリンダ上方部及び下方部のシリンダボア面の粗さが荒いので、これらの領域に於いてピストン若しくはピストンリングとシリンダとが金属接触し、それらの摩耗が増加するという問題がある。更に溝が深いのでオイルが溝に充満するのに時間を要し、そのため適正な油膜が形成されるまでに摩耗が進行してしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述の如き従来の内燃機関のシリンダに於ける上述の如き問題に鑑みてなされたものであり、本発明の主要な課題は、シリンダボア面の領域に応じてホーニング加工のクロスハッチ角度を適正に設定することにより、従来に比してシリンダの耐焼き付き性を向上させると共に、ピストン若しくはピストンリングとシリンダとの間の摩耗及びフリクションを低減することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の主要な課題は、本発明によれば、請求項１の構成、即ちシリンダボア面がホーニング加工された内燃機関のシリンダにして、それぞれピストンが上死点及び下死点にあるときに於ける少なくともピストンの上端から最下位のピストンリングより下方までの範囲に対応するシリンダボア面の上方領域及び下方領域が、前記上方領域と前記下方領域との間の領域よりも大きいクロスハッチ角度にてホーニング加工されていることを特徴とする内燃機関のシリンダによって達成される。
【０００９】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１の構成に於いて、前記上方領域が第一のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、前記下方領域が第二のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、前記上方領域と前記下方領域との間にてそれらより隔置された中央領域が第三のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、他の領域が第四のクロスハッチ角度にてホーニング加工されており、前記第一及び第二のクロスハッチ角度は前記第四のクロスハッチ角度よりも大きく、前記第三のクロスハッチ角度は前記第四のクロスハッチ角度よりも小さいよう構成される（請求項２の構成）。
【００１０】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１の構成に於いて、前記上方領域が第一のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、前記下方領域が第二のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、前記上方領域と前記下方領域との間にてそれらより隔置された中央領域が第三のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、他の領域が第四のクロスハッチ角度にてホーニング加工されており、前記第一のクロスハッチ角度は前記第四のクロスハッチ角度よりも大きく、前記第二のクロスハッチ角度は前記第四のクロスハッチ角度と同一であり、前記第三のクロスハッチ角度は前記第四のクロスハッチ角度よりも小さいよう構成される（請求項３の構成）。
【００１１】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項２の構成に於いて、前記第二のクロスハッチ角度は前記第一のクロスハッチ角度よりも小さいよう構成される（請求項４の構成）。
【００１２】
【発明の作用及び効果】
上記請求項１の構成によれば、それぞれピストンが上死点及び下死点にあるときに於ける少なくともピストンの上端から最下位のピストンリングより下方までの範囲に対応するシリンダボア面の上方領域及び下方領域が、上方領域と下方領域との間の領域よりも大きいクロスハッチ角度にてホーニング加工されているので、上方領域及び下方領域に於いて良好なオイル流動性を確保し、摺動面の冷却効果を高めると共に良好なオイル補充状況を確保して焼き付きを効果的に防止しピストンとシリンダライナとの間の摩耗を効果的に低減することができ、また上方領域及び下方領域以外の領域に於ける良好なオイル保持性を確保してピストンとシリンダライナと全体のフリクションを効果的に低減することができる。
【００１３】
また上記請求項２の構成によれば、上方領域が第一のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、下方領域が第二のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、上方領域と下方領域との間にてそれらより隔置された中央領域が第三のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、他の領域が第四のクロスハッチ角度にてホーニング加工されており、第一及び第二のクロスハッチ角度は第四のクロスハッチ角度よりも大きく、第三のクロスハッチ角度は第四のクロスハッチ角度よりも小さいので、上方領域及び下方領域と中間領域との間に中間のオイル流動性及びオイル保持性の領域を確保し、これにより請求項１の作用効果を一層確実に且つ効果的に達成することができる。
【００１４】
また上記請求項３の構成によれば、上方領域が第一のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、下方領域が第二のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、上方領域と下方領域との間にてそれらより隔置された中央領域が第三のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、他の領域が第四のクロスハッチ角度にてホーニング加工されており、第一のクロスハッチ角度は第四のクロスハッチ角度よりも大きく、第二のクロスハッチ角度は第四のクロスハッチ角度と同一であり、第三のクロスハッチ角度は第四のクロスハッチ角度よりも小さいので、上方領域及び下方領域と中間領域との間に中間のオイル流動性及びオイル保持性の領域を確保し、これにより請求項１の作用効果を一層確実に且つ効果的に達成することができると共に、請求項２の構成の場合に比して構造を簡略化し、シリンダの加工コストを低減することができる。
【００１５】
また一般に、上方領域は油膜の厚さが薄くなり易いのに対し、下方領域はピストンリングにより掻き落とされたオイルが供給されるのに対し、上方領域に於いては新規のオイルしか供給されないので、上方領域は下方領域よりもオイルの流動性が高いことが好ましい。
【００１６】
上記請求項４の構成によれば、第二のクロスハッチ角度は第一のクロスハッチ角度よりも小さいので、上方領域に於けるオイルの流動性を下方領域よりも高くすることができると共に、下方領域に於いて十分なオイルの保持性を確保し、ピストンが下死点近傍にある際の軸線を横切る方向の運動に起因する摩擦を効果的に低減することができる。
【００１７】
【課題解決手段の好ましい態様】
本発明の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至３の構成に於いて、上方領域はシリンダの上端からピストンが上死点にあるときに於けるピストンピンの軸線までの範囲に対応する領域であるよう構成される（好ましい態様１）。
【００１８】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至３の構成に於いて、上方領域はシリンダの上端からピストンが上死点にあるときに於けるピストンのスカート部の下端までの範囲に対応する領域であるよう構成される（好ましい態様２）。
【００１９】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至３の構成に於いて、下方領域はピストンが下死点にあるときに於けるピストンの上端からシリンダの下端までの範囲に対応する領域であるよう構成される（好ましい態様３）。
【００２０】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項２の構成に於いて、第一及び第二のクロスハッチ角度は４５〜７０°であり、第三のクロスハッチ角度は１０°以下であり、第四のクロスハッチ角度１５〜４０°であるよう構成される（好ましい態様４）。
【００２１】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記好ましい態様４の構成に於いて、第一及び第二のクロスハッチ角度は４５〜６０°であり、第三のクロスハッチ角度は５°以下であり、第四のクロスハッチ角度２０〜４０°であるよう構成される（好ましい態様５）。
【００２２】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項３の構成に於いて、第一クロスハッチ角度は４５〜７０°であり、第三のクロスハッチ角度は１０°以下であり、第二及び第四のクロスハッチ角度１５〜４０°であるよう構成される（好ましい態様６）。
【００２３】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記好ましい態様６の構成に於いて、第一のクロスハッチ角度は４５〜６０°であり、第三のクロスハッチ角度は５°以下であり、第二及び第四のクロスハッチ角度２０〜４０°であるよう構成される（好ましい態様７）。
【００２４】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記好ましい態様６又は７の構成に於いて、第三のクロスハッチ角度は実質的に０°であるよう構成される（好ましい態様８）。
【００２５】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項２の構成に於いて、上方領域と上側中間領域との間、上側の中間領域と中央領域との間、中央領域と下側の中間領域との間、下側中間領域と下方領域との間にはそれぞれ遷移領域が存在し、各遷移領域はそれぞれ両側の領域のクロスハッチ角度の中間のクロスハッチ角度にてホーニング加工されているよう構成される（好ましい態様９）。
【００２６】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項３の構成に於いて、上方領域と上側の中間領域との間、上側の中間領域と中央領域との間、中央領域と下方領域との間にはそれぞれ遷移領域が存在し、各遷移領域はそれぞれ両側の領域のクロスハッチ角度の中間のクロスハッチ角度にてホーニング加工されているよう構成される（好ましい態様１０）。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施形態（以下単に実施形態という）について詳細に説明する。
【００２８】
第一の実施形態
図１は内燃機関用シリンダライナとして構成された本発明による内燃機関のシリンダの第一の実施形態を示す内燃機関の断面図である。
【００２９】
図１に於いて、１０は内燃機関１２の鋳鉄にて形成された乾式シリンダライナを示している。シリンダライナ１０は軸線１４に沿って延在する実質的に円筒形をなし、ウォータジャケット１６を有しアルミニウム合金にて形成されたシリンダブロック１８に圧入により固定されている。シリンダライナ１０の内面は軸線１４に沿って往復動可能にピストン２０を受けるシリンダボア面２２を郭定している。
【００３０】
ピストン２０は、図１に於いてはその一部しか図示されていないが、ヘッド部２０Ａの外周部に三つのピストンリング溝を有し、上側二つのピストンリング溝にはそれぞれコンプレッションリング３０及び３２が配置され、最下位のピストンリング溝にはオイルリング３４が配置されている。コンプレッションリング３０、３２及びオイルリング３４は外周面にてシリンダライナ１０の内面、即ちシリンダボア面２２に摺接する。
【００３１】
図示の如く、シリンダボア面２２はホーニング加工されている。特に図示の第一の実施形態に於いては、シリンダライナ１０の上端からピストン２０が上死点にあるときに於けるオイルリング３４の下方までの範囲に対応するシリンダボア面２２の上方領域３６及びピストン２０が下死点にあるときに於けるピストン２０の上端からオイルリング３４の下方（シリンダライナ１０の下端）までの範囲に対応するシリンダボア面２２の下方領域３８が、最も大きいクロスハッチ角度αにてホーニング加工されている。
【００３２】
また上方領域３６と下方領域３８との間にてこれらより隔置された中央領域４０が最も小さいクロスハッチ角度γにてホーニング加工され、上方領域３６と中央領域４０との間の上側中間領域４２及び下方領域３８と中央領域４０との間の下側中間領域４４がクロスハッチ角度αとクロスハッチ角度γとの間のクロスハッチ角度βにてホーニング加工されている。
【００３３】
図示の第一の実施形態に於いては、上方領域３６の下縁は図には示されていないピストンピンの軸線４６に整合している。また上方領域３６及び下方領域３８の軸線１４に沿う方向の長さは中央領域４０の長さよりも長く、中央領域４０の長さは中間領域４２及び４４の長さよりも長く、中間領域４２及び４４の長さは互いに同一である。
【００３４】
上述のクロスハッチ角度αが小さい場合には、オイルの流動性が不十分になり、上方領域３６に於けるオイルの温度が高くなることに起因して耐焼き付き性を効果的に向上させることができず、逆にクロスハッチ角度αが大きい場合には、オイルの流動性が高くなり過ぎることに起因して十分な油膜厚さを確保することが困難になる。従ってクロスハッチ角度αは４５〜７０、好ましくは４５〜６０°に設定される。
【００３５】
また上述のクロスハッチ角度γが大きい場合には、オイルリング３４によりオイルが掻き落とされ易くなりすぎ、オイルの保持性が低下するので、クロスハッチ角度γは１０°以下、好ましくは５°以下、更に好ましくは実質的に０°に設定される。中間領域４２及び４４のクロスハッチ角度βは上方領域３６及び下方領域３８のクロスハッチ角度αと中央領域４０のクロスハッチ角度γとの中間の値であることが好ましいので、１５〜４０°、好ましくは２０〜４０°に設定される。
【００３６】
またホーニング加工の溝間の間隔は良好な油膜が形成されるよう、１０〜５０μｍ、好ましくは２５〜３５μｍに設定され、ホーニング加工の溝深さは良好なオイルの保持性及び流動性を確保し得るよう１〜４μｍ、好ましくは１〜２μｍに設定される。
【００３７】
また図１には示されていないが、上方領域３６と上側中間領域４２との間、上側中間領域４２と中央領域４０との間、中央領域４０と下側中間領域４４との間、下側中間領域４４と下方領域３８との間にはそれぞれ遷移領域が存在し、各遷移領域はそれぞれ両側の領域のクロスハッチ角度の中間のクロスハッチ角度にてホーニング加工されている。尚遷移領域は省略されてもよい。
【００３８】
更に上方領域３６等に於けるホーニング加工は任意の順序にて行われてよいが、上述の如く各遷移領域が設けられる場合には、まず各遷移領域がそれぞれ対応するクロスハッチ角度にてホーニング加工され、しかる後上方領域３６等の各領域がホーニング加工されることが好ましい。
【００３９】
図３はシリンダボア面全体が３０°のクロスハッチ角度にてホーニング加工されたシリンダライナについて、ピストンの行程に対応するシリンダライナの位置（オイルリングに対応する位置）と油膜厚さとの間の関係を示している。尚図には示されていないが、クロスハッチ角度が３０°以外の場合にもシリンダライナの位置と油膜厚さとの間の関係は図３に示された関係とほぼ同様である。
【００４０】
図３に示されている如く、油膜厚さは上述の上方領域３６及び下方領域３８に於いて小さく、特に上方領域３６に於ける油膜厚さは下方領域３８に於ける油膜厚さよりも小さく、上方領域３６と下方領域３８との間の領域に於いては十分な油膜厚さが確保される。従って上方領域３６及び下方領域３８、特に上方領域３６に於ける十分な油膜厚さが確保される必要があることが解る。
【００４１】
図４はシリンダボア面全体がそれぞれ２０°、３０°、４０°、５０°のクロスハッチ角度にてホーニング加工された複数のシリンダライナについて、クロスハッチ角度とピストンとシリンダライナとの間に於けるフリクションとの間の関係を示している。尚フリクションはピストンをシリンダライナに対し相対的にその軸線に沿って一定の速度にて移動させた際の値である。
【００４２】
図４に示されている如く、ピストンとシリンダライナとの間に於けるフリクションは、推測に反しクロスハッチ角度が小さいほど小さい。これはピストンのスカート部の摺動面にも条痕があるため、粗さの影響があることや、クロスハッチ目（溝の交点）の密度の影響があること等の結果によるものと考えられる。この図４に示された結果より、ピストンとシリンダライナとの間に於けるフリクションを低減するためには、クロスハッチ角度が大きく設定される必要がある領域を除き、クロスハッチ角度が小さく設定される必要があることが解る。
【００４３】
図５はシリンダボア面全体がそれぞれ２０°、３０°、４０°、５０°のクロスハッチ角度にてホーニング加工された複数のシリンダライナについて、クロスハッチ角度とシリンダライナの軸線方向へのオイルの広がり範囲との間の関係を示している。尚オイルの広がり範囲はシリンダボア面に直径約１．５ｍｍの油滴を滴下してピストンをシリンダライナに対し相対的にその軸線に沿って一定の速度にて移動させた際の値である。
【００４４】
図５に示されている如く、シリンダボア面に於けるシリンダライナの軸線方向へのオイルの広がり範囲はクロスハッチ角度が大きいほど大きい。これはクロスハッチ角度が大きいほどシリンダライナの軸線方向へのオイルの流動性が高くなることによるものと推測される。この図５に示された結果より、オイルの流動性が高くされる必要がある領域に於いては、クロスハッチ角度が大きい値に設定されることが好ましいことが解る。
【００４５】
図示の第一の実施形態によれば、シリンダボア面２２の上方領域３６及び下方領域３８が最も大きいクロスハッチ角度αにてホーニング加工され、中央領域４０が最も小さいクロスハッチ角度γにてホーニング加工され、上方領域３６と中央領域４０との間の上側中間領域４２及び下方領域３８と中央領域４０との間の下側中間領域４４がクロスハッチ角度αとクロスハッチ角度γとの間のクロスハッチ角度βにてホーニング加工されている。
【００４６】
従って図には示されていないオイルジェットやクランクジャーナルより上方領域３６及び下方領域３８へ供給されたオイルは、大きい傾斜角の溝内を効率的に流れて下方へ移動し、これらの領域に温度の低い新規のオイルが効率的に供給されるので、ピストンとシリンダライナとの間に効率的に油膜が形成され、これにより摩耗を低減し得ると共に、それらの摺動面が効率的に冷却され、これにより焼き付きを効果的に防止することができる。
【００４７】
また上方領域３６及び下方領域３８に於いてはピストン２０の移動速度が低く且つピストン２０より高い側圧が作用するので、境界潤滑状態になり易い。しかし効率的なオイルの流動が確保されることにより、油膜の厚さが一定に維持され、即ちピストン２０よりの側圧によりオイルが圧縮されその部分の油膜が瞬間的に薄くなっても即座に溝内にオイルが補充され、毎サイクルほぼ安定した潤滑状態が確保されるので、このことによっても焼き付きを効果的に抑制することができる。
【００４８】
更に低温時や内燃機関が長時間運転されることなく放置された場合等に於いてピストンとシリンダライナとの間がオイル切れ状態になっても、上方領域３６及び下方領域３８に於けるオイルの流動性が高いので、これらの領域に於けるクロスハッチ角度が小さい場合に比して、ピストンとシリンダライナとの間にオイルが効率的に供給され、これによりピストンとシリンダライナとの間の摩耗を低減し、内燃機関の始動性を向上させることができる。
【００４９】
また中央領域４０は最も小さいクロスハッチ角度γにてホーニング加工されるので、中央領域４０に於いては一度溝内に保持されたオイルを効果的に滞留させ、これによりオイルの温度（油膜温度）を上昇させてこの領域のフリクションを低減することができ、これによりピストンとシリンダライナと全体のフリクションを効果的に低減することができる。
【００５０】
特に図示の実施形態によれば、上方領域３６と上側中間領域４２との間、上側中間領域４２と中央領域４０との間、中央領域４０と下側中間領域４４との間、下側中間領域４４と下方領域３８との間にはそれぞれ遷移領域が存在し、各遷移領域はそれぞれ両側の領域のクロスハッチ角度の中間のクロスハッチ角度にてホーニング加工されているので、両側の領域のクロスハッチ角度の中間のクロスハッチ角度にてホーニング加工された遷移領域が設けられない場合に比して、上記各領域間のオイルの流動を円滑に行わせることができる。
【００５１】
第二の実施形態
図２は内燃機関用シリンダライナとして構成された本発明による内燃機関のシリンダの第二の実施形態を示す内燃機関の断面図である。尚図２に於いて図１に示された部分と同一の部分には図１に於いて付された符号と同一の符号が付されている。
【００５２】
この実施形態に於いては、シリンダライナ１０の上端からピストン２０が上死点にあるときに於けるオイルリング３４の下方までの範囲に対応するシリンダボア面２２の上方領域３６が最も大きいクロスハッチ角度αにてホーニング加工され、ピストン２０が下死点にあるときに於けるピストン２０の上端の上方よりオイルリング３４の下方（シリンダライナ１０の下端）までの範囲に対応するシリンダボア面２２の下方領域３８がクロスハッチ角度αよりも小さいクロスハッチ角度βにてホーニング加工されている。
【００５３】
上方領域３６と下方領域３８との間の中央領域４０が最も小さいクロスハッチ角度γにてホーニング加工され、上方領域と中央領域との間の中間領域４２が下方領域３８と同一のクロスハッチ角度βにてホーニング加工されている。また上述の第一の実施形態に於ける下側中間領域４４に対応する領域は、中央領域４０の一部としてクロスハッチ角度γにてホーニング加工されており、これにより下側中間領域４４は存在しない。図示の第二の実施形態に於いては、中央領域４０の軸線１４に沿う方向の長さは他の領域の長さよりも長く、下方領域３８の長さは上方領域３６の長さよりも長く、上方領域３６の長さは中間領域４２の長さよりも長い。
【００５４】
この実施形態の他の点は上述の第一の実施形態と同様に構成されており、クロスハッチ角度αは４５〜７０、好ましくは４５〜６０°に設定され、クロスハッチ角度βは１５〜４０°、好ましくは２０〜４０°に設定され、クロスハッチ角度γは１０°以下、好ましくは５°以下、更に好ましくは実質的に０°に設定される。またホーニング加工の溝間の間隔は１０〜５０μｍ、好ましくは２５〜３５μｍに設定され、ホーニング加工の溝深さは１〜４μｍ、好ましくは１〜２μｍに設定される。
【００５５】
また図２には示されていないが、上方領域３６と上側中間領域４２との間、上側中間領域４２と中央領域４０との間、中央領域４０と下方領域３８との間にはそれぞれ遷移領域が存在し、各遷移領域はそれぞれ両側の領域のクロスハッチ角度の中間のクロスハッチ角度にてホーニング加工されている。尚この実施形態においても遷移領域は省略されてもよい。
【００５６】
かくして図示の第二の実施形態によれば、上述の第一の実施形態の場合と同様、ピストンとシリンダライナとの間の摩耗を低減し、焼き付きを効果的に防止することができると共に、ピストンとシリンダライナと全体のフリクションを効果的に低減することができる。
【００５７】
特に図示の実施形態によれば、第一の実施形態に於ける下側中間領域４４に対応する領域は中央領域４０の一部としてクロスハッチ角度γにてホーニング加工されているので、第一の実施形態の場合に比して構造を簡略化し、シリンダの加工コストを低減することができる。
【００５８】
以上に於いては本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【００５９】
例えば上述の第一の実施形態に於いては、上方領域３６と中央領域４０との間にはクロスハッチ角度βにてホーニング加工された上側中間領域４２が存在し、下方領域３８と中央領域４０との間にはクロスハッチ角度βにてホーニング加工された下側中間領域４４が存在しているが、上側中間領域４２及び下側中間領域４４の少なくとも一方が省略されてもよい。
【００６０】
同様に上述の第二の実施形態に於いては、上方領域３６と中央領域４０との間にはクロスハッチ角度βにてホーニング加工された上側中間領域４２が存在しているが、上側中間領域４２が省略されてもよい。
【００６１】
また上述の第一の実施形態に於いては、上方領域３６及び下方領域３８は同一のクロスハッチ角度αにてホーニング加工されているが、上方領域３６及び下方領域３８のクロスハッチ角度は相互に異なっていてもよく、その場合下方領域３８のクロスハッチ角度は上方領域３６のクロスハッチ角度よりも小さいことが好ましい。
【００６２】
また上述の第二の実施形態に於いては、下方領域３８及び中間領域４２のクロスハッチ角度は同一であるが、これらの領域のクロスハッチ角度は相互に異なっていてもよく、その場合下方領域３８のクロスハッチ角度は中間領域４２のクロスハッチ角度よりも大きいことが好ましい。
【００６３】
また上述の第二の実施形態に於いては、上方領域３６の下縁は図には示されていないピストンピンの軸線４６に整合しているが、上方領域３６の下縁はピストン２０が上死点にあるときに於けるピストンのスカート部の下端に整合する位置であってもよく、ピストンピンの軸線４６に整合する位置とピストンのスカート部の下端に整合する位置との間であってもよい。
【００６４】
更に上述の各実施形態に於いては、シリンダは乾式シリンダライナがシリンダブロック１８に圧入により固定された分割型のものであるが、シリンダライナは湿式のシリンダライナであってもよく、また本発明による内燃機関のシリンダはシリンダブロックにより直接シリンダボア面が郭定された一体型のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関用シリンダライナとして構成された本発明による内燃機関のシリンダの第一の実施形態を示す内燃機関の断面図である。
【図２】内燃機関用シリンダライナとして構成された本発明による内燃機関のシリンダの第二の実施形態を示す内燃機関の断面図である。
【図３】ピストンの行程に対応するシリンダライナの位置と油膜厚さとの間の関係を示すグラフである。
【図４】クロスハッチ角度とピストンとシリンダライナとの間に於けるフリクションとの間の関係を示すグラフである。
【図５】クロスハッチ角度とシリンダライナの軸線方向へのオイルの広がり範囲との間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…シリンダライナ
１２…内燃機関
１８…シリンダブロック
２０…ピストン
２４〜２８…ピストンリング溝
３０、３２…コンプレッションリング
３４…オイルリング
３６…上方領域
３８…下方領域
４０…中央領域
４２…上側中間領域
４４…下側中間領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のシリンダに係り、更に詳細にはシリンダボア面がホーニング加工された内燃機関のシリンダに係る。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のシリンダのシリンダボア面は、一般に、その潤滑オイルの保持性を確保すべくホーニング加工されている。例えば下記の特許文献１には、ピストンが上死点にあるときに於けるピストンリングの範囲に対応する領域に於いて、ホーニング加工のクロスハッチ角度が小さく設定されることによりオイル保持性を良好にして摩耗を抑制し、それより下方の領域についてはクロスハッチ角度が大きく設定された内燃機関のシリンダライナが記載されている。
【０００３】
また下記の特許文献２には、ピストンが上死点にあるときにもピストンリングが摺動しない範囲に於いてはクロスハッチ角度が実質的に３０°に設定され、それより下方の領域についてはクロスハッチ角度が４５°に設定され、これにより摩耗、オイル消費が改善されるよう構成された内燃機関のシリンダが記載されており、下記の特許文献３には、ピストンが上死点及び下死点の何れかにあるときに於けるピストンリングの範囲に対応する領域に於いて、粗いホーニング仕上げが行われ、中間部分は精密な、即ち粗さが小さいホーニング加工が行われ、これにより摩耗、オイル消費が改善されるよう構成された内燃機関のシリンダが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
実開平６−６７８３６号公報
【特許文献２】
特開平７−７５９５９号公報
【特許文献３】
特開平８−９３５４５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上述の特許文献１及び２に記載されたシリンダに於いては、シリンダ上方部のシリンダボア面に於けるクロスハッチ角度が小さいので、オイルの保持性は良好であり、ピストン若しくはピストンリング及びシリンダボア面の摩耗を低減することができるが、オイルが一旦溝に保持されるとオイルは溝に長時間滞留してしまい、逆にオイル温度（油膜温度）が上昇してしまうことに起因して焼き付きが発生し易いという問題がある。また上記上方部以外の領域のクロスハッチ角度が大きいので、オイルの流動が激しくオイルの冷却による温度低下が大きいため、オイルの粘性が高くなり易く、またこの領域はピストンの速度が高く且つオイル量が多い流体潤滑領域であるため、油膜厚さが大きくなり過ぎてしまい、その結果フリクションが高くなるという問題がある。
【０００６】
また上述の特許文献３に記載されたシリンダに於いては、シリンダ上方部及び下方部のシリンダボア面の粗さが荒いので、オイルの保持性が向上し摩耗を抑制することができるが、上述の特許文献１及び２の構成の場合と同様、長時間同じオイルが溝内に滞留するため、油膜温度が上昇し過ぎて焼き付きが発生し易いという問題がある。また内燃機関が運転されることなく長時間放置されることによりオイルが完全に切れた状態で内燃機関が始動されると、シリンダ上方部及び下方部のシリンダボア面の粗さが荒いので、これらの領域に於いてピストン若しくはピストンリングとシリンダとが金属接触し、それらの摩耗が増加するという問題がある。更に溝が深いのでオイルが溝に充満するのに時間を要し、そのため適正な油膜が形成されるまでに摩耗が進行してしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述の如き従来の内燃機関のシリンダに於ける上述の如き問題に鑑みてなされたものであり、本発明の主要な課題は、シリンダボア面の領域に応じてホーニング加工のクロスハッチ角度を適正に設定することにより、従来に比してシリンダの耐焼き付き性を向上させると共に、ピストン若しくはピストンリングとシリンダとの間の摩耗及びフリクションを低減することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の主要な課題は、本発明によれば、請求項１の構成、即ちシリンダボア面がホーニング加工された内燃機関のシリンダにして、それぞれピストンが上死点及び下死点にあるときに於ける少なくともピストンの上端から最下位のピストンリングより下方までの範囲に対応するシリンダボア面の上方領域及び下方領域が、前記上方領域と前記下方領域との間の領域よりも大きいクロスハッチ角度にてホーニング加工されていることを特徴とする内燃機関のシリンダによって達成される。
【０００９】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１の構成に於いて、前記上方領域が第一のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、前記下方領域が第二のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、前記上方領域と前記下方領域との間にてそれらより隔置された中央領域が第三のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、他の領域が第四のクロスハッチ角度にてホーニング加工されており、前記第一及び第二のクロスハッチ角度は前記第四のクロスハッチ角度よりも大きく、前記第三のクロスハッチ角度は前記第四のクロスハッチ角度よりも小さいよう構成される（請求項２の構成）。
【００１０】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１の構成に於いて、前記上方領域が第一のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、前記下方領域が第二のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、前記上方領域と前記下方領域との間にてそれらより隔置された中央領域が第三のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、他の領域が第四のクロスハッチ角度にてホーニング加工されており、前記第一のクロスハッチ角度は前記第四のクロスハッチ角度よりも大きく、前記第二のクロスハッチ角度は前記第四のクロスハッチ角度と同一であり、前記第三のクロスハッチ角度は前記第四のクロスハッチ角度よりも小さいよう構成される（請求項３の構成）。
【００１１】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項２の構成に於いて、前記第二のクロスハッチ角度は前記第一のクロスハッチ角度よりも小さいよう構成される（請求項４の構成）。
【００１２】
【発明の作用及び効果】
上記請求項１の構成によれば、それぞれピストンが上死点及び下死点にあるときに於ける少なくともピストンの上端から最下位のピストンリングより下方までの範囲に対応するシリンダボア面の上方領域及び下方領域が、上方領域と下方領域との間の領域よりも大きいクロスハッチ角度にてホーニング加工されているので、上方領域及び下方領域に於いて良好なオイル流動性を確保し、摺動面の冷却効果を高めると共に良好なオイル補充状況を確保して焼き付きを効果的に防止しピストンとシリンダライナとの間の摩耗を効果的に低減することができ、また上方領域及び下方領域以外の領域に於ける良好なオイル保持性を確保してピストンとシリンダライナと全体のフリクションを効果的に低減することができる。
【００１３】
また上記請求項２の構成によれば、上方領域が第一のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、下方領域が第二のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、上方領域と下方領域との間にてそれらより隔置された中央領域が第三のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、他の領域が第四のクロスハッチ角度にてホーニング加工されており、第一及び第二のクロスハッチ角度は第四のクロスハッチ角度よりも大きく、第三のクロスハッチ角度は第四のクロスハッチ角度よりも小さいので、上方領域及び下方領域と中間領域との間に中間のオイル流動性及びオイル保持性の領域を確保し、これにより請求項１の作用効果を一層確実に且つ効果的に達成することができる。
【００１４】
また上記請求項３の構成によれば、上方領域が第一のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、下方領域が第二のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、上方領域と下方領域との間にてそれらより隔置された中央領域が第三のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、他の領域が第四のクロスハッチ角度にてホーニング加工されており、第一のクロスハッチ角度は第四のクロスハッチ角度よりも大きく、第二のクロスハッチ角度は第四のクロスハッチ角度と同一であり、第三のクロスハッチ角度は第四のクロスハッチ角度よりも小さいので、上方領域及び下方領域と中間領域との間に中間のオイル流動性及びオイル保持性の領域を確保し、これにより請求項１の作用効果を一層確実に且つ効果的に達成することができると共に、請求項２の構成の場合に比して構造を簡略化し、シリンダの加工コストを低減することができる。
【００１５】
また一般に、上方領域は油膜の厚さが薄くなり易いのに対し、下方領域はピストンリングにより掻き落とされたオイルが供給されるのに対し、上方領域に於いては新規のオイルしか供給されないので、上方領域は下方領域よりもオイルの流動性が高いことが好ましい。
【００１６】
上記請求項４の構成によれば、第二のクロスハッチ角度は第一のクロスハッチ角度よりも小さいので、上方領域に於けるオイルの流動性を下方領域よりも高くすることができると共に、下方領域に於いて十分なオイルの保持性を確保し、ピストンが下死点近傍にある際の軸線を横切る方向の運動に起因する摩擦を効果的に低減することができる。
【００１７】
【課題解決手段の好ましい態様】
本発明の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至３の構成に於いて、上方領域はシリンダの上端からピストンが上死点にあるときに於けるピストンピンの軸線までの範囲に対応する領域であるよう構成される（好ましい態様１）。
【００１８】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至３の構成に於いて、上方領域はシリンダの上端からピストンが上死点にあるときに於けるピストンのスカート部の下端までの範囲に対応する領域であるよう構成される（好ましい態様２）。
【００１９】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至３の構成に於いて、下方領域はピストンが下死点にあるときに於けるピストンの上端からシリンダの下端までの範囲に対応する領域であるよう構成される（好ましい態様３）。
【００２０】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項２の構成に於いて、第一及び第二のクロスハッチ角度は４５〜７０°であり、第三のクロスハッチ角度は１０°以下であり、第四のクロスハッチ角度１５〜４０°であるよう構成される（好ましい態様４）。
【００２１】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記好ましい態様４の構成に於いて、第一及び第二のクロスハッチ角度は４５〜６０°であり、第三のクロスハッチ角度は５°以下であり、第四のクロスハッチ角度２０〜４０°であるよう構成される（好ましい態様５）。
【００２２】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項３の構成に於いて、第一クロスハッチ角度は４５〜７０°であり、第三のクロスハッチ角度は１０°以下であり、第二及び第四のクロスハッチ角度１５〜４０°であるよう構成される（好ましい態様６）。
【００２３】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記好ましい態様６の構成に於いて、第一のクロスハッチ角度は４５〜６０°であり、第三のクロスハッチ角度は５°以下であり、第二及び第四のクロスハッチ角度２０〜４０°であるよう構成される（好ましい態様７）。
【００２４】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記好ましい態様６又は７の構成に於いて、第三のクロスハッチ角度は実質的に０°であるよう構成される（好ましい態様８）。
【００２５】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項２の構成に於いて、上方領域と上側中間領域との間、上側の中間領域と中央領域との間、中央領域と下側の中間領域との間、下側中間領域と下方領域との間にはそれぞれ遷移領域が存在し、各遷移領域はそれぞれ両側の領域のクロスハッチ角度の中間のクロスハッチ角度にてホーニング加工されているよう構成される（好ましい態様９）。
【００２６】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項３の構成に於いて、上方領域と上側の中間領域との間、上側の中間領域と中央領域との間、中央領域と下方領域との間にはそれぞれ遷移領域が存在し、各遷移領域はそれぞれ両側の領域のクロスハッチ角度の中間のクロスハッチ角度にてホーニング加工されているよう構成される（好ましい態様１０）。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施形態（以下単に実施形態という）について詳細に説明する。
【００２８】
第一の実施形態
図１は内燃機関用シリンダライナとして構成された本発明による内燃機関のシリンダの第一の実施形態を示す内燃機関の断面図である。
【００２９】
図１に於いて、１０は内燃機関１２の鋳鉄にて形成された乾式シリンダライナを示している。シリンダライナ１０は軸線１４に沿って延在する実質的に円筒形をなし、ウォータジャケット１６を有しアルミニウム合金にて形成されたシリンダブロック１８に圧入により固定されている。シリンダライナ１０の内面は軸線１４に沿って往復動可能にピストン２０を受けるシリンダボア面２２を郭定している。
【００３０】
ピストン２０は、図１に於いてはその一部しか図示されていないが、ヘッド部２０Ａの外周部に三つのピストンリング溝を有し、上側二つのピストンリング溝にはそれぞれコンプレッションリング３０及び３２が配置され、最下位のピストンリング溝にはオイルリング３４が配置されている。コンプレッションリング３０、３２及びオイルリング３４は外周面にてシリンダライナ１０の内面、即ちシリンダボア面２２に摺接する。
【００３１】
図示の如く、シリンダボア面２２はホーニング加工されている。特に図示の第一の実施形態に於いては、シリンダライナ１０の上端からピストン２０が上死点にあるときに於けるオイルリング３４の下方までの範囲に対応するシリンダボア面２２の上方領域３６及びピストン２０が下死点にあるときに於けるピストン２０の上端からオイルリング３４の下方（シリンダライナ１０の下端）までの範囲に対応するシリンダボア面２２の下方領域３８が、最も大きいクロスハッチ角度αにてホーニング加工されている。
【００３２】
また上方領域３６と下方領域３８との間にてこれらより隔置された中央領域４０が最も小さいクロスハッチ角度γにてホーニング加工され、上方領域３６と中央領域４０との間の上側中間領域４２及び下方領域３８と中央領域４０との間の下側中間領域４４がクロスハッチ角度αとクロスハッチ角度γとの間のクロスハッチ角度βにてホーニング加工されている。
【００３３】
図示の第一の実施形態に於いては、上方領域３６の下縁は図には示されていないピストンピンの軸線４６に整合している。また上方領域３６及び下方領域３８の軸線１４に沿う方向の長さは中央領域４０の長さよりも長く、中央領域４０の長さは中間領域４２及び４４の長さよりも長く、中間領域４２及び４４の長さは互いに同一である。
【００３４】
上述のクロスハッチ角度αが小さい場合には、オイルの流動性が不十分になり、上方領域３６に於けるオイルの温度が高くなることに起因して耐焼き付き性を効果的に向上させることができず、逆にクロスハッチ角度αが大きい場合には、オイルの流動性が高くなり過ぎることに起因して十分な油膜厚さを確保することが困難になる。従ってクロスハッチ角度αは４５〜７０、好ましくは４５〜６０°に設定される。
【００３５】
また上述のクロスハッチ角度γが大きい場合には、オイルリング３４によりオイルが掻き落とされ易くなりすぎ、オイルの保持性が低下するので、クロスハッチ角度γは１０°以下、好ましくは５°以下、更に好ましくは実質的に０°に設定される。中間領域４２及び４４のクロスハッチ角度βは上方領域３６及び下方領域３８のクロスハッチ角度αと中央領域４０のクロスハッチ角度γとの中間の値であることが好ましいので、１５〜４０°、好ましくは２０〜４０°に設定される。
【００３６】
またホーニング加工の溝間の間隔は良好な油膜が形成されるよう、１０〜５０μｍ、好ましくは２５〜３５μｍに設定され、ホーニング加工の溝深さは良好なオイルの保持性及び流動性を確保し得るよう１〜４μｍ、好ましくは１〜２μｍに設定される。
【００３７】
また図１には示されていないが、上方領域３６と上側中間領域４２との間、上側中間領域４２と中央領域４０との間、中央領域４０と下側中間領域４４との間、下側中間領域４４と下方領域３８との間にはそれぞれ遷移領域が存在し、各遷移領域はそれぞれ両側の領域のクロスハッチ角度の中間のクロスハッチ角度にてホーニング加工されている。尚遷移領域は省略されてもよい。
【００３８】
更に上方領域３６等に於けるホーニング加工は任意の順序にて行われてよいが、上述の如く各遷移領域が設けられる場合には、まず各遷移領域がそれぞれ対応するクロスハッチ角度にてホーニング加工され、しかる後上方領域３６等の各領域がホーニング加工されることが好ましい。
【００３９】
図３はシリンダボア面全体が３０°のクロスハッチ角度にてホーニング加工されたシリンダライナについて、ピストンの行程に対応するシリンダライナの位置（オイルリングに対応する位置）と油膜厚さとの間の関係を示している。尚図には示されていないが、クロスハッチ角度が３０°以外の場合にもシリンダライナの位置と油膜厚さとの間の関係は図３に示された関係とほぼ同様である。
【００４０】
図３に示されている如く、油膜厚さは上述の上方領域３６及び下方領域３８に於いて小さく、特に上方領域３６に於ける油膜厚さは下方領域３８に於ける油膜厚さよりも小さく、上方領域３６と下方領域３８との間の領域に於いては十分な油膜厚さが確保される。従って上方領域３６及び下方領域３８、特に上方領域３６に於ける十分な油膜厚さが確保される必要があることが解る。
【００４１】
図４はシリンダボア面全体がそれぞれ２０°、３０°、４０°、５０°のクロスハッチ角度にてホーニング加工された複数のシリンダライナについて、クロスハッチ角度とピストンとシリンダライナとの間に於けるフリクションとの間の関係を示している。尚フリクションはピストンをシリンダライナに対し相対的にその軸線に沿って一定の速度にて移動させた際の値である。
【００４２】
図４に示されている如く、ピストンとシリンダライナとの間に於けるフリクションは、推測に反しクロスハッチ角度が小さいほど小さい。これはピストンのスカート部の摺動面にも条痕があるため、粗さの影響があることや、クロスハッチ目（溝の交点）の密度の影響があること等の結果によるものと考えられる。この図４に示された結果より、ピストンとシリンダライナとの間に於けるフリクションを低減するためには、クロスハッチ角度が大きく設定される必要がある領域を除き、クロスハッチ角度が小さく設定される必要があることが解る。
【００４３】
図５はシリンダボア面全体がそれぞれ２０°、３０°、４０°、５０°のクロスハッチ角度にてホーニング加工された複数のシリンダライナについて、クロスハッチ角度とシリンダライナの軸線方向へのオイルの広がり範囲との間の関係を示している。尚オイルの広がり範囲はシリンダボア面に直径約１．５ｍｍの油滴を滴下してピストンをシリンダライナに対し相対的にその軸線に沿って一定の速度にて移動させた際の値である。
【００４４】
図５に示されている如く、シリンダボア面に於けるシリンダライナの軸線方向へのオイルの広がり範囲はクロスハッチ角度が大きいほど大きい。これはクロスハッチ角度が大きいほどシリンダライナの軸線方向へのオイルの流動性が高くなることによるものと推測される。この図５に示された結果より、オイルの流動性が高くされる必要がある領域に於いては、クロスハッチ角度が大きい値に設定されることが好ましいことが解る。
【００４５】
図示の第一の実施形態によれば、シリンダボア面２２の上方領域３６及び下方領域３８が最も大きいクロスハッチ角度αにてホーニング加工され、中央領域４０が最も小さいクロスハッチ角度γにてホーニング加工され、上方領域３６と中央領域４０との間の上側中間領域４２及び下方領域３８と中央領域４０との間の下側中間領域４４がクロスハッチ角度αとクロスハッチ角度γとの間のクロスハッチ角度βにてホーニング加工されている。
【００４６】
従って図には示されていないオイルジェットやクランクジャーナルより上方領域３６及び下方領域３８へ供給されたオイルは、大きい傾斜角の溝内を効率的に流れて下方へ移動し、これらの領域に温度の低い新規のオイルが効率的に供給されるので、ピストンとシリンダライナとの間に効率的に油膜が形成され、これにより摩耗を低減し得ると共に、それらの摺動面が効率的に冷却され、これにより焼き付きを効果的に防止することができる。
【００４７】
また上方領域３６及び下方領域３８に於いてはピストン２０の移動速度が低く且つピストン２０より高い側圧が作用するので、境界潤滑状態になり易い。しかし効率的なオイルの流動が確保されることにより、油膜の厚さが一定に維持され、即ちピストン２０よりの側圧によりオイルが圧縮されその部分の油膜が瞬間的に薄くなっても即座に溝内にオイルが補充され、毎サイクルほぼ安定した潤滑状態が確保されるので、このことによっても焼き付きを効果的に抑制することができる。
【００４８】
更に低温時や内燃機関が長時間運転されることなく放置された場合等に於いてピストンとシリンダライナとの間がオイル切れ状態になっても、上方領域３６及び下方領域３８に於けるオイルの流動性が高いので、これらの領域に於けるクロスハッチ角度が小さい場合に比して、ピストンとシリンダライナとの間にオイルが効率的に供給され、これによりピストンとシリンダライナとの間の摩耗を低減し、内燃機関の始動性を向上させることができる。
【００４９】
また中央領域４０は最も小さいクロスハッチ角度γにてホーニング加工されるので、中央領域４０に於いては一度溝内に保持されたオイルを効果的に滞留させ、これによりオイルの温度（油膜温度）を上昇させてこの領域のフリクションを低減することができ、これによりピストンとシリンダライナと全体のフリクションを効果的に低減することができる。
【００５０】
特に図示の実施形態によれば、上方領域３６と上側中間領域４２との間、上側中間領域４２と中央領域４０との間、中央領域４０と下側中間領域４４との間、下側中間領域４４と下方領域３８との間にはそれぞれ遷移領域が存在し、各遷移領域はそれぞれ両側の領域のクロスハッチ角度の中間のクロスハッチ角度にてホーニング加工されているので、両側の領域のクロスハッチ角度の中間のクロスハッチ角度にてホーニング加工された遷移領域が設けられない場合に比して、上記各領域間のオイルの流動を円滑に行わせることができる。
【００５１】
第二の実施形態
図２は内燃機関用シリンダライナとして構成された本発明による内燃機関のシリンダの第二の実施形態を示す内燃機関の断面図である。尚図２に於いて図１に示された部分と同一の部分には図１に於いて付された符号と同一の符号が付されている。
【００５２】
この実施形態に於いては、シリンダライナ１０の上端からピストン２０が上死点にあるときに於けるオイルリング３４の下方までの範囲に対応するシリンダボア面２２の上方領域３６が最も大きいクロスハッチ角度αにてホーニング加工され、ピストン２０が下死点にあるときに於けるピストン２０の上端の上方よりオイルリング３４の下方（シリンダライナ１０の下端）までの範囲に対応するシリンダボア面２２の下方領域３８がクロスハッチ角度αよりも小さいクロスハッチ角度βにてホーニング加工されている。
【００５３】
上方領域３６と下方領域３８との間の中央領域４０が最も小さいクロスハッチ角度γにてホーニング加工され、上方領域と中央領域との間の中間領域４２が下方領域３８と同一のクロスハッチ角度βにてホーニング加工されている。また上述の第一の実施形態に於ける下側中間領域４４に対応する領域は、中央領域４０の一部としてクロスハッチ角度γにてホーニング加工されており、これにより下側中間領域４４は存在しない。図示の第二の実施形態に於いては、中央領域４０の軸線１４に沿う方向の長さは他の領域の長さよりも長く、下方領域３８の長さは上方領域３６の長さよりも長く、上方領域３６の長さは中間領域４２の長さよりも長い。
【００５４】
この実施形態の他の点は上述の第一の実施形態と同様に構成されており、クロスハッチ角度αは４５〜７０、好ましくは４５〜６０°に設定され、クロスハッチ角度βは１５〜４０°、好ましくは２０〜４０°に設定され、クロスハッチ角度γは１０°以下、好ましくは５°以下、更に好ましくは実質的に０°に設定される。またホーニング加工の溝間の間隔は１０〜５０μｍ、好ましくは２５〜３５μｍに設定され、ホーニング加工の溝深さは１〜４μｍ、好ましくは１〜２μｍに設定される。
【００５５】
また図２には示されていないが、上方領域３６と上側中間領域４２との間、上側中間領域４２と中央領域４０との間、中央領域４０と下方領域３８との間にはそれぞれ遷移領域が存在し、各遷移領域はそれぞれ両側の領域のクロスハッチ角度の中間のクロスハッチ角度にてホーニング加工されている。尚この実施形態においても遷移領域は省略されてもよい。
【００５６】
かくして図示の第二の実施形態によれば、上述の第一の実施形態の場合と同様、ピストンとシリンダライナとの間の摩耗を低減し、焼き付きを効果的に防止することができると共に、ピストンとシリンダライナと全体のフリクションを効果的に低減することができる。
【００５７】
特に図示の実施形態によれば、第一の実施形態に於ける下側中間領域４４に対応する領域は中央領域４０の一部としてクロスハッチ角度γにてホーニング加工されているので、第一の実施形態の場合に比して構造を簡略化し、シリンダの加工コストを低減することができる。
【００５８】
以上に於いては本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【００５９】
例えば上述の第一の実施形態に於いては、上方領域３６と中央領域４０との間にはクロスハッチ角度βにてホーニング加工された上側中間領域４２が存在し、下方領域３８と中央領域４０との間にはクロスハッチ角度βにてホーニング加工された下側中間領域４４が存在しているが、上側中間領域４２及び下側中間領域４４の少なくとも一方が省略されてもよい。
【００６０】
同様に上述の第二の実施形態に於いては、上方領域３６と中央領域４０との間にはクロスハッチ角度βにてホーニング加工された上側中間領域４２が存在しているが、上側中間領域４２が省略されてもよい。
【００６１】
また上述の第一の実施形態に於いては、上方領域３６及び下方領域３８は同一のクロスハッチ角度αにてホーニング加工されているが、上方領域３６及び下方領域３８のクロスハッチ角度は相互に異なっていてもよく、その場合下方領域３８のクロスハッチ角度は上方領域３６のクロスハッチ角度よりも小さいことが好ましい。
【００６２】
また上述の第二の実施形態に於いては、下方領域３８及び中間領域４２のクロスハッチ角度は同一であるが、これらの領域のクロスハッチ角度は相互に異なっていてもよく、その場合下方領域３８のクロスハッチ角度は中間領域４２のクロスハッチ角度よりも大きいことが好ましい。
【００６３】
また上述の第二の実施形態に於いては、上方領域３６の下縁は図には示されていないピストンピンの軸線４６に整合しているが、上方領域３６の下縁はピストン２０が上死点にあるときに於けるピストンのスカート部の下端に整合する位置であってもよく、ピストンピンの軸線４６に整合する位置とピストンのスカート部の下端に整合する位置との間であってもよい。
【００６４】
更に上述の各実施形態に於いては、シリンダは乾式シリンダライナがシリンダブロック１８に圧入により固定された分割型のものであるが、シリンダライナは湿式のシリンダライナであってもよく、また本発明による内燃機関のシリンダはシリンダブロックにより直接シリンダボア面が郭定された一体型のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関用シリンダライナとして構成された本発明による内燃機関のシリンダの第一の実施形態を示す内燃機関の断面図である。
【図２】内燃機関用シリンダライナとして構成された本発明による内燃機関のシリンダの第二の実施形態を示す内燃機関の断面図である。
【図３】ピストンの行程に対応するシリンダライナの位置と油膜厚さとの間の関係を示すグラフである。
【図４】クロスハッチ角度とピストンとシリンダライナとの間に於けるフリクションとの間の関係を示すグラフである。
【図５】クロスハッチ角度とシリンダライナの軸線方向へのオイルの広がり範囲との間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…シリンダライナ
１２…内燃機関
１８…シリンダブロック
２０…ピストン
２４〜２８…ピストンリング溝
３０、３２…コンプレッションリング
３４…オイルリング
３６…上方領域
３８…下方領域
４０…中央領域
４２…上側中間領域
４４…下側中間領域
Claims (4)
- シリンダボア面がホーニング加工された内燃機関のシリンダにして、それぞれピストンが上死点及び下死点にあるときに於ける少なくともピストンの上端から最下位のピストンリングより下方までの範囲に対応するシリンダボア面の上方領域及び下方領域が、前記上方領域と前記下方領域との間の領域よりも大きいクロスハッチ角度にてホーニング加工されていることを特徴とする内燃機関のシリンダ。
- 前記上方領域が第一のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、前記下方領域が第二のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、前記上方領域と前記下方領域との間にてそれらより隔置された中央領域が第三のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、他の領域が第四のクロスハッチ角度にてホーニング加工されており、前記第一及び第二のクロスハッチ角度は前記第四のクロスハッチ角度よりも大きく、前記第三のクロスハッチ角度は前記第四のクロスハッチ角度よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のシリンダ。
- 前記上方領域が第一のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、前記下方領域が第二のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、前記上方領域と前記下方領域との間にてそれらより隔置された中央領域が第三のクロスハッチ角度にてホーニング加工され、他の領域が第四のクロスハッチ角度にてホーニング加工されており、前記第一のクロスハッチ角度は前記第四のクロスハッチ角度よりも大きく、前記第二のクロスハッチ角度は前記第四のクロスハッチ角度と同一であり、前記第三のクロスハッチ角度は前記第四のクロスハッチ角度よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のシリンダ。
- 前記第二のクロスハッチ角度は前記第一のクロスハッチ角度よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のシリンダ。
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