JP2010281278A - Lubricating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンなどの作動機械に適用される潤滑装置に関する。 The present invention relates to a lubricating device applied to a working machine such as an engine.
内燃機関などの作動機械では、例えば、潤滑油を用いることで、種々の部材間の摺動箇所のすべり状態を良好に保つようにしている。そして、特に、内燃機関では、近年の高性能化、高出力化等の要請に伴い、種々の部材間の摺動環境をより良好に保つことが求められている。 In an operating machine such as an internal combustion engine, for example, by using a lubricating oil, the sliding state of sliding portions between various members is kept good. In particular, internal combustion engines are required to maintain a better sliding environment between various members in accordance with recent demands for higher performance and higher output.
特許文献1は、エンジンオイルに、0.1ミクロンから30ミクロンまでの溶解しない、しかも耐熱性のある球形または球に近い物質を添加することで、エンジンのピストンとシリンダとの間にベアリング効果を持たせることを開示する。
また、特許文献2は、摩擦係数を低減するように、a)潤滑性有機物、b)無機粒子、およびc)ケイ素化合物または有機金属化合物を含む潤滑剤組成物を用いることを開示する。そして、特許文献2の記載によれば、例えば、無機粒子は金属ケイ素と酸素とを反応させて得られる真球状シリカ粒子であることが好ましく、また、その無機粒子の粒径は0.01〜3μmが好ましいとされている。
ところで、種々の部材間の摺動箇所の油膜の厚さは、作動機械の状態によって変化する。そして、油膜の厚さが所定厚さよりも薄い場合、上記球形物質や粒子をそのような箇所に安定して供給することは難しい。したがって、潤滑油に、上記球形物質や粒子を添加することで、その潤滑性能を向上させることには限界がある。 By the way, the thickness of the oil film at the sliding portion between the various members varies depending on the state of the working machine. And when the thickness of an oil film is thinner than predetermined thickness, it is difficult to supply the said spherical substance and particle | grains stably to such a location. Therefore, there is a limit to improving the lubrication performance by adding the spherical substances and particles to the lubricating oil.
そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、種々の部材間の摺動箇所での摺動をより安定的に改善することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to more stably improve sliding at various sliding positions between various members.
本発明に係る潤滑装置は、潤滑油に加えられた粒子状物質と、潤滑油を供給可能な摺動面に区画形成された溝であって、粒子状物質を保持可能に該粒子状物質の一部の外形よりも大きな溝とを備えることを特徴とする。 The lubrication apparatus according to the present invention includes a particulate material added to the lubricating oil and a groove formed on a sliding surface to which the lubricating oil can be supplied, the particulate material being capable of holding the particulate material. It is characterized by having a groove larger than a part of the outer shape.
好ましくは、粒子状物質の表面部はポーラス状である。 Preferably, the surface portion of the particulate material is porous.
なお、溝は、粒子状物質の径よりも浅い深さ、および粒子状物質の径よりも大きな幅を有することができ、または、粒子状物質の径よりも深い深さ、および粒子状物質の径よりも大きな幅を有することができる。 The groove may have a depth shallower than the diameter of the particulate matter and a width larger than the diameter of the particulate matter, or a depth deeper than the diameter of the particulate matter, and the particulate matter It can have a width greater than the diameter.
以下、本発明に係る実施形態が添付図面に基づいて説明される。まず、第1実施形態が説明される。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. First, the first embodiment will be described.
本発明に係る第1実施形態の潤滑装置10は、内燃機関に適用されている。図示しないが、内燃機関では、既知の如く、吸気系から導かれた空気と、燃料噴射弁から噴射された燃料との混合気を燃焼室で燃焼させて、シリンダ内でピストンを往復動させて、クランクシャフトを回転させる。そして、燃焼室での混合気の燃焼により生じた排気ガスは、図示しない排気系を介して排出される。
The
ここで、図1に、内燃機関に適用された潤滑装置10における潤滑油(オイル)の主な流れを概念的に示す。内燃機関の種々の部材間の摺動箇所での摩擦や磨耗を減らすため、内燃機関はその潤滑装置10を備えている。潤滑装置10は、それら摺動箇所にオイルを給油するように構成されている。内燃機関の潤滑装置10は、オイルストレーナ14、オイルポンプ16、およびオイルフィルター18を有する。オイルパン20に貯留されるオイル中にはオイルストレーナ14が配置され、オイルストレーナ14にはオイルポンプ16が接続されている。そして、オイルパン20に貯留されたオイルからオイルストレーナ14で比較的大きな異物が除去され、それが除去されたオイルがオイルポンプ16で吸い上げられて、オイルポンプ16からオイルフィルター18に圧送される。そしてオイルフィルター18で比較的小さな異物が除去された後に、メインオイルホール22を介して、内燃機関12の内部の各軸受部や摺動部である摺動箇所にオイルが分配されて、それらの潤滑や冷却が図られる。
Here, FIG. 1 conceptually shows the main flow of the lubricating oil (oil) in the lubricating
例えば、シリンダヘッド24に導かれたオイルは、チェーンテンショナプランジャ25やカムシャフトジャーナル26に供給される。また、オイルジェット28を介して、チェーン30に、オイルは供給される。また、クランクシャフトジャーナル32にオイルが供給され、さらにクランクピン34や、オイルジェット36を介してピストン38にオイルは供給される。そして、内燃機関12の各軸受部や摺動部に供給されたオイルは、自然落下等により、オイルパン20に戻る。例えば、シリンダヘッド24に圧送されたオイルは、シリンダヘッド24に設定したオイル戻し孔やチェーンカバー内を通り、オイルパン20に戻される。なお、このようなオイルの流れは、一例に過ぎない。本発明に係る潤滑装置では、種々のオイルの流れが許容され、そのために、種々の構成が有され得る。
For example, the oil guided to the
ここでは、図2に模式的に示すように、コンロッド40の大端部42に、オイルジェット36としてのオイルジェット孔44が設けられている。オイルジェット36はシリンダ46内にオイル48を噴射することができる。これにより、ピストン38の裏面側(燃焼室に面するピストン36の頂面とは反対側)にオイル48が供給される。ピストン38の裏面側に供給されたオイルは、シリンダブロック50のシリンダ46の内壁面(シリンダボア壁あるいはシリンダライナ)52に至り、シリンダ46内でのピストン38の往復動によってシリンダ46の内壁面52とピストン38との間に導かれて(供給されて)、それらの間で潤滑および冷却効果を発揮する。なお、オイルジェット36は、シリンダブロック50に設けられてもよい。
Here, as schematically shown in FIG. 2, an oil jet hole 44 as an
図3に、図2の円Cで囲んだ領域の、シリンダ46の内壁面52とピストン38のスカート部54との接触部位(摺動箇所)の拡大断面模式図を示す。ピストン38のスカート部54の外面55には、複数の溝56が設けられている。この溝56は、機械加工で形成されることができる。例えば、溝56は、レーザー加工により形成される。
FIG. 3 is an enlarged schematic cross-sectional view of a contact portion (sliding portion) between the
ところで、潤滑装置10で用いられるオイルには、粒子状物質Sが複数個、加えられている。粒子状物質Sのオイルへの添加(混入)は、潤滑装置10へオイルが入れられる前あるいは後に行われてもよく、または潤滑装置10へのオイルの注入と同時に行われてもよい。ここでは、粒子状物質Sは、潤滑装置10へのオイルの注入と同時期に、潤滑装置10に入れられることで、オイルに添加されている。
Incidentally, a plurality of particulate substances S are added to the oil used in the
粒子状物質Sは、ここでは、メソサイズの細孔(メソ孔)を複数有する球状のシリカ(シリカ)である。このようなメソ孔を有する球状のシリカは、例えば、特許文献3に示されている。このメソ孔を有する球状のシリカは、粒子同士が凝集していないすなわち単分散状態にある。また、そしてこのようなシリカである、本第1実施形態での粒子状物質Sは、その全体積の40〜60%が中空空間となる程度の数および大きさのメソ孔を有しているので、全体的にポーラス状である。したがって、このようなメソ孔を有する球状のシリカは、単分散球状メソポーラスシリカ(Monodispersed Mesoporous Silica Spheres:MMSS)と称され得る。しかし、粒子状物質Sは、その一部分、特にその表面部がポーラス状であれば、部分的にポーラス状であってもよい。なお、粒子状物質Sは、このようなメソ孔を有する球状のシリカに限定されず、他のシリカ粒子などの他の粒子状物質であり得、オイルに対して化学的および熱的に安定であり、物理的強度に優れるとよい。 Here, the particulate matter S is spherical silica (silica) having a plurality of meso-sized pores (mesopores). Spherical silica having such mesopores is disclosed in Patent Document 3, for example. The spherical silica having mesopores is in a monodispersed state in which the particles are not aggregated. Moreover, the particulate matter S according to the first embodiment, which is such a silica, has mesopores having a number and size such that 40 to 60% of the total volume becomes a hollow space. So it is entirely porous. Therefore, the spherical silica having such mesopores can be referred to as monodispersed mesoporous silica (MMSS). However, the particulate matter S may be partially porous as long as a part thereof, particularly the surface portion thereof, is porous. The particulate matter S is not limited to the spherical silica having such mesopores, and may be other particulate matter such as other silica particles, and is chemically and thermally stable to oil. Yes, good physical strength.
複数の粒子状物質Sの各々は、概ね球状である。そして、それら粒子状物質間の粒径のバラツキは最小限とされ、それらの平均粒径は約600nmである。好ましくは、複数の粒子状物質Sの平均粒径は、600nm以上、3000nm以下である。ただし、用いられる粒子状物質Sのうちで最小のものでも、400nmよりも大きな径を有するとよい。これは、複数の粒子状物質Sの凝集を抑制するためである。なお、「球状」とは、真の球体に限定されるものではなく、それには最小直径が最大直径の80%以上である略球体も含まれる。ただし、本第1実施形態の粒子状物質としては球状でない粒子状物質は用いられないが、本発明では、球状でない例えば多面体の粒子状物質が粒子状物質として用いられることもできる。 Each of the plurality of particulate substances S is generally spherical. And the variation in the particle size between these particulate substances is minimized, and the average particle size is about 600 nm. Preferably, the average particle diameter of the plurality of particulate substances S is 600 nm or more and 3000 nm or less. However, even the smallest of the particulate substances S used should have a diameter larger than 400 nm. This is for suppressing aggregation of the plurality of particulate substances S. The “spherical shape” is not limited to a true sphere, and includes a substantially sphere whose minimum diameter is 80% or more of the maximum diameter. However, although the non-spherical particulate matter is not used as the particulate matter of the first embodiment, in the present invention, for example, a non-spherical particulate matter may be used as the particulate matter.
このような粒子状物質Sは上記の如くポーラス状であるので、粒子状物質Sの孔にオイルを保持することが可能である。したがって、周囲にオイルが豊富にあるとき、各粒子状物質Sは、内部にオイルを吸収保持する、オイル吸収材として働くことができる。これに対して、周囲にオイルがないあるいは乏しいとき、各粒子状物質Sは、オイルを周囲に供給するオイル供給源として働くことができる。また、シリカは、硬く、耐熱性に優れ、また、オイルに対して化学的に安定である。したがって、粒子状物質Sとしてのシリカは、内燃機関の種々の部位にオイルと共に供給されても、オイルの種々の機能を妨げることはない。 Since such particulate matter S is porous as described above, oil can be held in the pores of the particulate matter S. Therefore, when there is abundant oil around, each particulate matter S can act as an oil absorbing material that absorbs and holds oil inside. On the other hand, when there is no or little oil around, each particulate matter S can act as an oil supply source that supplies oil to the surroundings. Silica is hard, excellent in heat resistance, and chemically stable against oil. Therefore, even if the silica as the particulate matter S is supplied together with oil to various parts of the internal combustion engine, it does not hinder various functions of the oil.
上記したように図3のピストン38のスカート部54の外面55には複数の溝56が設けられている。それらの溝56の各々は、粒子状物質Sを保持できるように粒子状物質Sの一部の外形よりも大きな溝である。つまり、溝56の各々は、粒子状物質Sの一部の外形よりも大きな開口部を有して形成されている。具体的には、溝56の各々は、粒子状物質Sの径よりも浅い深さD、および粒子状物質Sの径よりも大きな幅(開口部最小幅)Wを有するように設計されている。したがって、上記のようにしてオイルがピストン38とシリンダ46との間に供給されることで、それらの間に粒子状物質Sが供給されると、幾つかの粒子状物質Sはその溝56に入り込むことができる。ただし、深さDは、粒子状物質Sの径の半分よりも長い。しかし、溝56の各々は粒子状物質Sの径よりも浅い深さを有するので、溝56内の粒子状物質Sの一部は、溝56の外部に突出する。したがって、シリンダ46の内壁面52とピストン38のスカート部54との摺動箇所では、溝56に粒子状物質Sがあるとき、粒子状物質Sがそれらの間に介在して動くことができる。すなわち、粒子状物質S自体が回転することで、粒子状物質Sは、ベアリング効果を発揮し、潤滑剤として機能する。なお、ピストン38は、図3に白抜き矢印で示すようにシリンダ46に対してシリンダ46内で往復動するので、溝56の粒子状物質Sの回転方向はピストン38の動きに応じて変化する。
As described above, the
そして、このように溝56に入り込むことができる粒子状物質Sは、ピストン38の往復動に起因して、溝56から外れてオイルと共に、あるいは、順次供給されるオイルに流されて、オイル同様、オイルパン20に戻ることができる。したがって、粒子状物質Sは、オイルと同様に、内燃機関内を循環でき、また、溝56に留まることができる。なお、粒子状物質Sは、オイルストレーナ14やオイルフィルター18を通過することができる。
The particulate matter S that can enter the
さらに、上記したように、粒子状物質Sは、オイルを吸収したり、オイルを放出して供給したりする機能を発揮することができる。それ故、溝56に粒子状物質Sが留まったり(保持されたり)、出入りしたりすることで、シリンダ46の内壁面52とピストン38のスカート部54との摺動箇所には、オイルがある状態が適度に好ましくは常に維持される。したがって、シリンダ46の内壁面52とピストン38のスカート部54との摺動部位の潤滑状態を良好に維持することができる。
Furthermore, as described above, the particulate matter S can exhibit a function of absorbing oil or discharging and supplying oil. Therefore, when the particulate matter S stays (is held) or enters / exits in the
このように、オイルを供給可能な摺動面(摺動する2つ以上の部材の表面)である外面55に、オイルに加えられた粒子状物質Sを保持可能にその粒子状物質Sの大きさに基づいて区画形成された溝56を設けることで、摺動面のすべり(摺動)を改善することができる。そして、さらに、粒子状物質Sをポーラス状としたことで、より安定的にオイルを摺動箇所に供給し続けることができるので、さらにそのすべりを改善することができる。
Thus, the size of the particulate matter S is such that the particulate matter S added to the oil can be held on the
なお、そのような溝は、摺動面である、シリンダ46の内壁面52に形成されてもよい。また、ここでは、ピストン38のスカート部54とシリンダ46の内壁面52との摺動部位に関して説明したが、他の部位にも同様の溝が形成され、他の部位も粒子状物質によるすべり効果が発揮可能にされている。例えば、他の摺動箇所には、ピストン38のピストンリング表面部、カムシャフトジャーナル、クランクシャフトジャーナルが含まれる。ただし、各摺動箇所において、溝は、少なくとも2つ以上の部材の摺動方向と交わる方向に形成されるとよい。例えば、溝は、少なくとも2つ以上の摺動部材の摺動方向に対して直交する方向にあるいは斜めの方向に延びるように形成され得る。なお、溝は、摺動部位にらせん状に形成されてもよく、例えば、溝56はらせん状にピストン38周囲に形成され得る。
Such a groove may be formed on the
ここで、上記のように、粒子状物質Sとして、メソ孔を有する球状のシリカをオイルに添加したことによる部材間のすべり状態の変化を実験により確かめたので、その結果を説明する。図4に概念的に示すブロックオンリング摩擦試験機60を用いて、実験を行った。この試験機60では、オイルとシリカとの混合油である試験油62に略下半分が浸かったリング試験片64を回転させた。そして、このリング試験片62を、荷重Lがかかったブロック試験片66に接触させて、ブロック試験片66との間で摺動させた。そして、それらの間の摩擦を評価した。ただし、オイルとして動粘度4.2mm2/sのオイルを用い、オイルへ1重量%のシリカを含有させた。また、ブロック試験片66として、表面粗さ0.1μmRzJISのSCM浸炭鋼を用い、リング試験片64として、表面粗さ0.5μmRzJISの浸炭鋼を用いた。なお、試験油62の温度を80℃とした。
Here, as described above, the change in the sliding state between the members due to the addition of spherical silica having mesopores as the particulate matter S to the oil was confirmed by experiments, and the result will be described. An experiment was conducted using a block-on-
そして、シリカを添加していない試験油1と、平均粒径610nmのシリカを添加した試験油2と、そして、平均粒径270nmのシリカを添加した試験油3とをそれぞれ試験油62として用いて実験を行った。それらの実験結果が、横軸にブロック試験片66のすべり速度(mm/s)をとり、縦軸にブロック試験片66とリング試験片64との間の摩擦係数(μ)をとった、図5のグラフに示されている。
Then, test
図5から明らかなように、いずれのすべり速度でも,平均粒径610nmのシリカを添加した試験油2を試験油62として用いた場合の摩擦係数が、他の場合の摩擦係数よりも低かった。これは、1つには、上記の如く、シリカによりオイルが、継続してそれらの摺動部位である摺動面に供給されたからであると考えられる。また、もう1つには、平均粒径270nmのシリカを添加した試験油2では、シリカの大きさが小さいので、シリカの凝集が一部で生じたためと考えられる。
As apparent from FIG. 5, at any sliding speed, the friction coefficient when the
この結果から、シリカの平均粒径は、シリカが凝集しない程度の大きさであるとよく、また、摺動箇所に適度のオイルを継続して供給できる大きさであるとよいことが理解できる。この点から、上記したように、複数の粒子状物質Sの平均粒径は、好ましくは、600nm以上、3000nm以下である。 From this result, it can be understood that the average particle diameter of the silica is good enough to prevent the silica from agglomerating, and good enough to continuously supply moderate oil to the sliding part. From this point, as described above, the average particle diameter of the plurality of particulate substances S is preferably 600 nm or more and 3000 nm or less.
次に、本発明に係る潤滑装置の第2実施形態が説明される。本第2実施形態では、溝の深さが粒子状物質の径よりも深い深さにされる。また、本第2実施形態では、異なる平均粒径を有する2種類の粒子状物質S1、S2がオイルに加えられる。これらの点以外、概ね、第2実施形態の潤滑装置は、上記第1実施形態の潤滑装置10と同様の構成を有する。そこで、以下では、それら相違点に関して主として説明し、同じあるいは同様の構成には、上で用いたのと同じあるいは同様の符号を付して、それらの説明を省略する。なお、本第2実施形態にも、上記第1実施形態に関して説明された変形例は適用され得、また、上記第1実施形態と同様の効果を本第2実施形態も発揮することができる。
Next, a second embodiment of the lubricating device according to the present invention will be described. In the second embodiment, the depth of the groove is deeper than the diameter of the particulate matter. In the second embodiment, two kinds of particulate substances S1 and S2 having different average particle diameters are added to the oil. Except for these points, the lubricating device of the second embodiment generally has the same configuration as the lubricating
本第2実施形態では、図6に表されているように、上記粒子状物質Sと概ね同じ平均粒径を有する粒子状物質S1と、この粒子状物質S1の平均粒径よりも大きな平均粒径を有する粒子状物質S2とがオイルに混ぜられ、内燃機関内を循環することができる。そして、溝156は、それらのうちの径の大きな粒子状物質S2の径よりも深い深さ、および粒子状物質S2の径よりも大きな幅を有するように設計されている。したがって、溝156には、粒子状物質S1、S2の両方が入ることができる。
In the second embodiment, as shown in FIG. 6, the particulate material S1 having approximately the same average particle size as the particulate material S, and an average particle larger than the average particle size of the particulate material S1. Particulate matter S2 having a diameter can be mixed with oil and circulated in the internal combustion engine. And the groove |
この溝156の大きさ、形状は、内燃機関の状態、例えば機関回転速度や機関負荷の変動により、摺動箇所の油膜の厚さが薄くなっても、摺動箇所に少なくとも粒子状物質S2を保持できるように、設計されるとよい。
The size and shape of the
なお、摺動面55の溝156には2種類の粒子状物質が入ることができるが、図示しない他の複数の溝のうちの幾つかの溝は、粒子状物質S2のみが入るように区画形成されている。したがって、摺動部位の少なくとも2つの部材間の隙間に応じて溝を設計することができる。なお、オイルには、異なる平均粒径を有する3種類以上の粒子状物質が加えられてもよい。
Two kinds of particulate matter can enter the
以上、本発明を、上記2つの実施形態およびその変形例に基づいて説明した。しかし、本発明は、それら実施形態等に限定されず、他の実施形態を許容する。本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。したがって本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。 As described above, the present invention has been described based on the above-described two embodiments and modifications thereof. However, the present invention is not limited to these embodiments and the like, and other embodiments are allowed. The present invention includes all modifications, applications, and equivalents included in the spirit of the present invention defined by the claims. Therefore, the present invention should not be construed as being limited, and can be applied to any other technique belonging to the scope of the idea of the present invention.
10 潤滑装置
14 オイルストレーナ
16 オイルポンプ
18 オイルフィルター
20 オイルパン
22 メインオイルホール
24 シリンダヘッド
26 カムシャフトジャーナル
28 オイルジェット
30 チェーン
32 クランクシャフトジャーナル
34 クランクピン
36 オイルジェット
38 ピストン
40 コンロッド
42 大端部
44 オイルジェット孔
48 オイル
50 シリンダブロック
52 内壁面
54 ピストン
55 外面
56、156 溝
S、S1、S2 粒子状物質
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記潤滑油を供給可能な摺動面に区画形成された溝であって、前記粒子状物質を保持可能に該粒子状物質の一部の外形よりも大きな溝と
を備えることを特徴とする潤滑装置。 Particulate matter added to the lubricating oil;
Lubrication comprising a groove formed on a sliding surface to which the lubricating oil can be supplied, the groove being larger than a part of the outer shape of the particulate material so as to hold the particulate material. apparatus.
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