JP2013002340A - Cylinder block - Google Patents

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Toshihiro Takami
俊裕 高見
Noriyuki Ueno
紀幸 上野
Mitsuyoshi Sato
三由 佐藤
Takatoshi Arayoshi
隆利 新吉
Takeshi Seguchi
剛 瀬口
Shinji Harada
慎治 原田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cylinder block capable of imparting an optimal lubricating characteristic, without causing overs and shorts in both a piston ring sliding contact surface different in bearing pressure applied to a sliding surface and a piston skirt sliding contact surface.SOLUTION: In this cylinder block, a cylinder bore slidingly contacted with a piston is formed of an aluminum alloy, and the ratio of Rk+Rvk of both sliding surfaces is set in the same ratio as the ratio of the bearing pressure applied to both sliding surfaces by making a plasma irradiating condition of plasma melting treatment different between a piston ring sliding surface and a piston skirt sliding surface.

Description

本発明は、ピストンに摺接されるシリンダーボアがアルミニウム合金で形成されたシリンダーブロックに関する。   The present invention relates to a cylinder block in which a cylinder bore slidably contacted with a piston is formed of an aluminum alloy.

近年、エンジンの軽量化等を目的として、シリンダーブロック材料の、鋳鉄からアルミニウム合金への置換が進められている。一般に、こうしたアルニウム合金製のシリンダーブロックは、アルミニウム合金製のブロック基体に鋳鉄製のシリンダーライナーを鋳込みや圧入により一体化して形成されている。こうしたシリンダーブロックでは、鋳鉄製のシリンダーライナーにより、シリンダーボア表面に必要とされる耐摩耗性や耐スカッフ性、摺動特性等が確保されている。   In recent years, replacement of cast block material with cast aluminum has been promoted for the purpose of reducing engine weight. In general, such a cylinder block made of an aluminum alloy is formed by integrating a cast iron cylinder liner into a block base made of aluminum alloy by casting or press-fitting. In such cylinder blocks, cast iron cylinder liners ensure the necessary wear resistance, scuff resistance, sliding characteristics, etc., on the cylinder bore surface.

一方、そうしたアルミニウム合金製のシリンダーブロックの更なる軽量化や製造コストの低減等を目的として、鋳鉄製のシリンダーライナーを廃止した、ライナーレス・アルミシリンダーブロックが開発されている。こうしたライナーレス・アルミシリンダーブロックは、シリンダーボア表面の耐摩耗性や耐スカッフ性、摺動特性等を確保するため、シリコン含有率の高いアルミニウム合金(ハイシリンコンアルミ)を使用するのが一般的となっている。   On the other hand, linerless aluminum cylinder blocks have been developed in which cast iron cylinder liners have been abolished in order to further reduce the weight and reduce manufacturing costs of such aluminum alloy cylinder blocks. These linerless aluminum cylinder blocks generally use an aluminum alloy with a high silicon content (high silincon aluminum) to ensure wear resistance, scuff resistance, sliding characteristics, etc. on the cylinder bore surface. It has become.

そして従来、特許文献1には、アルミニウム合金製シリンダーブロックのシリンダーボアのピストンリング摺動面にレーザー照射を行って、急冷凝固組織の表面部からなる硬質面部と散点状に設けられた油溜まり用の凹部とを形成することが記載されている。   Conventionally, in Patent Document 1, a piston ring sliding surface of a cylinder bore of an aluminum alloy cylinder block is irradiated with laser, and an oil sump provided in a scattered manner with a hard surface portion composed of a surface portion of a rapidly solidified structure. Forming a concave portion for use.

特開2007−278090号公報JP 2007-278090 A 特開2010−031840号公報JP 2010-031840 A

こうした従来のシリンダーブロックによれば、良好な潤滑特性を与えて、ピストンリング摺動面の耐摩耗性を向上することが可能である。しかしながら、シリンダーボアのピストンリング摺動面を下側の部位にも、ピストンスカートとの摺接があるため、そうしたピストンスカート摺接面にも、耐摩耗性の確保に必要なだけの潤滑特性を与える必要がある。そこで、ピストンスカート摺動面にも、ピストンリング摺接面と同様の表面処理を行えば、そうしたピストンスカート摺接面にも十分な潤滑特性を付与することができる。しかしながら、ピストンスカート摺接面がピストンリング摺接面と同様の表面性状とされると、ピストンリング摺動面に比してエンジン稼動時に摺動面に加わる面圧が小さいピストンスカート摺動面には必要とされる以上の過大な潤滑特性が与えられることになる。そして、その結果、表面の粗さによってピストンスカートに対する相手攻撃性が高くなり過ぎてしまい、ピストンスカートの摩耗損失が大きくなってしまう。   According to such a conventional cylinder block, it is possible to give good lubrication characteristics and improve the wear resistance of the sliding surface of the piston ring. However, because the piston ring sliding surface of the cylinder bore is also in sliding contact with the piston skirt, the sliding characteristics of the piston skirt sliding surface have the lubricating properties necessary to ensure wear resistance. Need to give. Therefore, if the piston skirt sliding surface is subjected to the same surface treatment as the piston ring sliding contact surface, sufficient lubrication characteristics can be imparted to the piston skirt sliding contact surface. However, if the piston skirt sliding contact surface has the same surface properties as the piston ring sliding contact surface, the surface pressure applied to the sliding surface during engine operation is smaller than the piston ring sliding contact surface. Will give excessive lubrication characteristics beyond what is needed. As a result, the opponent's aggressiveness against the piston skirt becomes too high due to the roughness of the surface, and the wear loss of the piston skirt increases.

一方、特許文献2には、ピストン摺動面の上側の1/4の部分の表面粗さを、その下側の1/4の部分の表面粗さよりも大きくしたアルミニウム合金製シリンダーブロックが記載されている。このようにすれば、ピストンリング摺接面、ピストンスカート摺接面にそれぞれ必要な耐摩耗性を与えるとともに、ピストンスカートに対する相手攻撃性を抑えることが可能となる。しかしながら、ピストンリング摺動面、ピストンスカート摺動面のそれぞれの潤滑特性が必ずしも最適化されているとは言い難く、いずれかの摺動面に潤滑特性の過不足が生じたり、不必要に相手攻撃性が高くなったりすることがある。   On the other hand, Patent Document 2 describes an aluminum alloy cylinder block in which the surface roughness of the upper 1/4 portion of the piston sliding surface is larger than the surface roughness of the lower 1/4 portion. ing. If it does in this way, while providing required abrasion resistance to a piston ring sliding contact surface and a piston skirt sliding contact surface, respectively, it becomes possible to suppress the other party aggression property with respect to a piston skirt. However, it is difficult to say that the lubrication characteristics of the piston ring sliding surface and the piston skirt sliding surface are optimized. May be more aggressive.

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、摺動面に加わる面圧の異なるピストンリング摺接面、ピストンスカート摺接面のいずれにも、過不足の無い、最適な潤滑特性を与えることのできるシリンダーブロックを提供することにある。   The present invention has been made in view of such a situation, and the problem to be solved is excessive or insufficient in both the piston ring sliding contact surface and the piston skirt sliding contact surface having different surface pressures applied to the sliding surface. It is an object of the present invention to provide a cylinder block that can provide optimum lubrication characteristics without any problems.

上記課題を解決するため、ピストンに摺接されるシリンダーボアがアルミニウム合金で形成されたシリンダーブロックとしての請求項1に記載の発明は、コア部のレベル差をRk、突出谷部深さをRvkとしたとき、ピストンリング摺動面のRk+Rvkとピストンスカート摺動面のRk+Rvkとの比が、当該シンリンダーブロックを備えるエンジンの使用中に前記ピストンリング摺動面に加わる面圧と前記ピストンスカート摺動面に加わる面圧との比と同じ比としている。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 as a cylinder block in which a cylinder bore slidably contacted with a piston is formed of an aluminum alloy has a difference in level of the core portion as Rk and a protruding valley portion depth as Rvk. When the ratio of Rk + Rvk of the piston ring sliding surface to Rk + Rvk of the piston skirt sliding surface is equal to the surface pressure applied to the piston ring sliding surface during use of the engine having the cylinder block, the piston skirt sliding The ratio is the same as the ratio to the surface pressure applied to the moving surface.

摺動面に加わる面圧が小さくなれば、摺動面に必要とされるオイル保持量もそれに比例して小さくなる。そして、適切な厚さの油膜を形成するために必要な摺動面のRk+Rvkも、摺動面に加わる面圧に比例して小さくなる。その点、上記構成では、ピストンリング摺動面のRk+Rvkとピストンスカート摺動面のRk+Rvkとの比が、ピストンリング摺動面に加わる面圧とピストンスカート摺動面に加わる面圧との比と同じ比とされている。そのため、ピストンリング摺接面、ピストンスカート摺接面の双方に適切な厚さの油膜が形成されるようになり、面圧の違いに拘らず、両摺動面の潤滑性を好適に確保することができる。したがって、上記構成によれば、摺動面に加わる面圧の異なるピストンリング摺接面、ピストンスカート摺接面のいずれにも、過不足の無い、最適な潤滑特性を与えることができるようになる。   If the surface pressure applied to the sliding surface decreases, the amount of oil retained on the sliding surface also decreases proportionally. The Rk + Rvk of the sliding surface necessary for forming an oil film having an appropriate thickness also decreases in proportion to the surface pressure applied to the sliding surface. In that respect, in the above configuration, the ratio of the piston ring sliding surface Rk + Rvk to the piston skirt sliding surface Rk + Rvk is the ratio of the surface pressure applied to the piston ring sliding surface to the surface pressure applied to the piston skirt sliding surface. The ratio is the same. Therefore, an oil film having an appropriate thickness is formed on both the piston ring sliding contact surface and the piston skirt sliding contact surface, and the lubricity of both sliding surfaces is suitably ensured regardless of the difference in surface pressure. be able to. Therefore, according to the above configuration, it is possible to give an optimum lubrication characteristic without excess or deficiency to any of the piston ring sliding contact surface and the piston skirt sliding contact surface having different surface pressures applied to the sliding surface. .

なお、そうしたピストンリング摺動面及びピストンスカート摺動面の表面粗さ(Rk+Rvk)の比の設定は、請求項2によるように、プラズマ照射時の単位面積当りの処理エネルギーの調整を通じて行うことができる。こうした場合、プラズマの照射エネルギーを調節のみで各摺動面に必要な表面粗さを与えることができるため、両摺動面の間における表面粗さの変更を容易に行うことが可能となり、部位毎に表面性状を変えることでのシリンダーブロックの製造時間、製造コストの増大を抑えることができる。   The ratio of the surface roughness (Rk + Rvk) of the piston ring sliding surface and the piston skirt sliding surface can be set by adjusting the processing energy per unit area during plasma irradiation, as in claim 2. it can. In such a case, the required surface roughness can be given to each sliding surface only by adjusting the plasma irradiation energy, so that it is possible to easily change the surface roughness between both sliding surfaces. It is possible to suppress an increase in manufacturing time and manufacturing cost of the cylinder block by changing the surface properties every time.

一方、プラズマ照射における単位面積当りの処理エネルギーとその照射により形成される表面粗さとの間には、概ね正比例の関係がある。よって、請求項3によるように、ピストンリング摺動面のプラズマ照射における単位面積当りの処理エネルギーと、ピストンスカート摺動面のプラズマ照射における単位面積当りの処理エネルギーとの比を、それらに加わる面圧の比と同じ比とすれば、両摺動面の表面粗さの比をそれらに加わる面圧の比と同じ比とすることが可能となる。   On the other hand, there is a generally direct relationship between the processing energy per unit area in plasma irradiation and the surface roughness formed by the irradiation. Therefore, as defined in claim 3, the ratio of the processing energy per unit area in the plasma irradiation of the piston ring sliding surface to the processing energy per unit area in the plasma irradiation of the piston skirt sliding surface is added to them. If the ratio is the same as the pressure ratio, the ratio of the surface roughness of both sliding surfaces can be the same as the ratio of the surface pressure applied to them.

更に、請求項4によるように、突出山部高さをRpkとしたとき、ピストンリング摺動面のRk+Rpkとピストンスカート摺動面のRk+Rpkとの比を、それらに加わる面圧の比と同じ比とすれば、摺動面に加わる面圧の違いに拘わらず、両摺動面のフリクションを概ね等しくすることができる。   Further, according to claim 4, when the height of the protruding peak is Rpk, the ratio of the piston ring sliding surface Rk + Rpk to the piston skirt sliding surface Rk + Rpk is the same ratio as the ratio of the surface pressure applied to them. If so, the friction of both sliding surfaces can be made substantially equal regardless of the difference in surface pressure applied to the sliding surfaces.

また、請求項5によるように、ピストンリング摺動面のRkとピストンスカート摺動面のRkとの比を、それらに加わる面圧の比と同じ比とすれば、摺動面に加わる面圧の違いに拘わらず、両摺動面に概ね同等のスカッフ耐性を与えることができる。   Further, according to claim 5, if the ratio of Rk of the piston ring sliding surface and Rk of the piston skirt sliding surface is the same as the ratio of the surface pressure applied thereto, the surface pressure applied to the sliding surface. Regardless of the difference, both sliding surfaces can be given almost the same scuff resistance.

本発明の一実施の形態に係るシリンダーブロックの側部断面形状を示す断面図。Sectional drawing which shows the side part cross-sectional shape of the cylinder block which concerns on one embodiment of this invention. 特殊粗さ曲線と負荷曲線とを示す図。The figure which shows a special roughness curve and a load curve. ピストンリング摺動面のオイル保持量とRk+Rvkとの関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the oil retention amount of a piston ring sliding surface, and Rk + Rvk. ピストンスカート摺動面のオイル保持量とRk+Rvkとの関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the oil retention amount of a piston skirt sliding surface, and Rk + Rvk. ピストンリング摺動面の摩擦係数とRk+Rpkとの関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the friction coefficient of a piston ring sliding surface, and Rk + Rpk. ピストンスカート摺動面の摩擦係数とRk+Rpkとの関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the friction coefficient of a piston skirt sliding surface, and Rk + Rpk. ピストンリング摺動面のスカッフ時間とRkとの関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the scuff time of a piston ring sliding surface, and Rk. ピストンスカート摺動面のスカッフ時間とRkとの関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the scuff time of a piston skirt sliding surface, and Rk. 単位面積当たりの処理エネルギーと表面粗さとの関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the processing energy per unit area, and surface roughness.

以下、本発明のシリンダーブロックを具体化した一実施の形態を、図1〜図9を参照して詳細に説明する。
本実施の形態のシリンダーブロックは、そのシリンダーボア部分にアルミダイカスト材(ADC12)を使用したものとなっている。そしてシリンダーブロックは、シリンダーボアの表面に、その粗面化及び硬化のためのプラズマ溶融処理を施した後、ホーニング加工を施すことで製造されている。
Hereinafter, an embodiment of a cylinder block according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
The cylinder block of the present embodiment uses an aluminum die-cast material (ADC12) for the cylinder bore portion. The cylinder block is manufactured by subjecting the surface of the cylinder bore to a plasma melting process for roughening and hardening, followed by a honing process.

図1に示すように、本実施の形態では、シリンダーブロックのシリンダーボア1を2つの領域、すなわちピストン2のピストンリング3と摺接するピストンリング摺動面と、ピストン2のピストンスカート4とのみ摺接するピストンスカート摺動面とに区分している。なお同図では、上死点におけるピストン2の位置が実線で、下死点におけるピストン2の位置が一点鎖線でそれぞれ示されている。   As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the cylinder bore 1 of the cylinder block is slid only in two regions, that is, the piston ring sliding surface that is in sliding contact with the piston ring 3 of the piston 2 and the piston skirt 4 of the piston 2. The piston skirt sliding surface is in contact. In the figure, the position of the piston 2 at the top dead center is indicated by a solid line, and the position of the piston 2 at the bottom dead center is indicated by a one-dot chain line.

本実施の形態のシリンダーブロックでは、上記2つの摺動面の、接触式粗さ測定機で測定した表面粗さパラメーターが、それぞれ以下の条件を満すように設定されている。なお、こうした両摺動面の表面粗さパラメーターの差異は、プラズマ溶融処理でのプラズマ照射条件を異ならせることで設定されている。
・ピストンリング摺動面:
Rk>0.65
Rk+Rpk<1.0
Rk+Rvk<2.0
・ピストンスカート摺動面:
Rk>0.30
Rk+Rpk<0.50
Rk+Rvk<1.0
なお、上記表面粗さパラメーター、Rk、Rpk、Rvkは、次のように求められる。図2の左側に示される曲線は、ISO13565及びDIN4776に規定される態様で、表面粗さ曲線にフィルターをかけてうねりを除去したものとなっている。また同図2の右側に示す負荷曲線は、特殊粗さ曲線を抽出曲線とし、これから評価長さ法及びμm法によって求めたもので、統計学上でいう累計確率密度関数に相当するものとなっている。
In the cylinder block of the present embodiment, the surface roughness parameters of the two sliding surfaces measured by the contact-type roughness measuring machine are set so as to satisfy the following conditions, respectively. The difference in the surface roughness parameter between the two sliding surfaces is set by changing the plasma irradiation conditions in the plasma melting process.
・ Piston ring sliding surface:
Rk> 0.65
Rk + Rpk <1.0
Rk + Rvk <2.0
・ Piston skirt sliding surface:
Rk> 0.30
Rk + Rpk <0.50
Rk + Rvk <1.0
The surface roughness parameters Rk, Rpk and Rvk are obtained as follows. The curve shown on the left side of FIG. 2 is obtained by filtering the surface roughness curve in a manner defined by ISO13565 and DIN4776 and removing the waviness. In addition, the load curve shown on the right side of FIG. 2 is obtained by using a special roughness curve as an extraction curve, and by using the evaluation length method and the μm method, and corresponds to the cumulative probability density function referred to in statistics. ing.

更に同図に示す線分ABは、負荷曲線において、負荷長さ率(tp値)の方向に40%の幅をとるとともに、この両端の高さの差が最小となる位置を探したときにその2点を通る直線(最小傾斜直線)を示すものとなっている。なお同図の点Aは、この最小傾斜直線と、tp=0%の限界線との交点であり、点Cは、この点Aからの水平線と負荷曲線との交点となっている。また点Bは、最小傾斜直線と、tp=100%の限界線との交点であり、点Dは、この点Bからの水平線と負荷曲線との交点となっている。   Further, the line segment AB shown in the figure has a width of 40% in the direction of the load length ratio (tp value) in the load curve, and when a position where the difference in height between the both ends is minimized is searched for. A straight line (minimum inclination straight line) passing through the two points is shown. Note that point A in the figure is the intersection of this minimum inclination straight line and the limit line of tp = 0%, and point C is the intersection of the horizontal line from this point A and the load curve. Point B is the intersection of the minimum inclination straight line and the limit line of tp = 100%, and point D is the intersection of the horizontal line from this point B and the load curve.

こうした図において突出山部高さ(初期摩耗高さ)Rpkは、0%限界線と辺ACと負荷曲線とで囲まれる部分の面積と等しい、辺ACを一辺とする直角三角形をなすようなtp=0%の限界線上の高さとなっている。また突出谷部深さ(油溜まり深さ)Rvkは、100%限界線と辺BDと負荷曲線とで囲まれる部分の面積と等しい、辺BDを一辺とする直角三角形をなすような100%限界線上の高さとなっている。そしてコア部のレベル差(有効負荷粗さ)Rkは、点C、点D間の高さの差となっている。   In these figures, the protruding peak height (initial wear height) Rpk is equal to the area of the portion surrounded by the 0% limit line, the side AC, and the load curve, and is a tp that forms a right triangle with the side AC as one side. = 0% above the limit line. Further, the protruding valley depth (oil sump depth) Rvk is equal to the area surrounded by the 100% limit line, the side BD, and the load curve, and has a 100% limit that forms a right triangle with the side BD as one side. It is the height above the line. The level difference (effective load roughness) Rk of the core portion is the difference in height between the points C and D.

次に、両摺動面に上記のような表面粗さパラメーターの条件を設定した理由について説明する。ここでは、オイル消費、フリクション、及びスカッフ耐性の3つの観点から、上記条件を設定している。   Next, the reason why the conditions of the surface roughness parameter as described above are set on both sliding surfaces will be described. Here, the above conditions are set from the three viewpoints of oil consumption, friction, and scuff resistance.

(オイル消費による制限)
発明者らは、プラズマ照射やホーニング加工の条件を変化させることで、面性状を様々に変化させた複数の試験片を製造し、それらのオイル保持量の評価試験を行っている。試験片のオイル保持量は、オイルを塗布した試験片を立てかけた状態で4時間放置し、その前後の試験片の質量差を測定することで算出されている。ここでは、その値を、実際のエンジンでのオイル消費の指標値として使用している。その結果によれば、オイル保持量は、面性状の凹部についての指標値であるRk+Rvkとの相間が強いことが確認されている。
(Limit due to oil consumption)
The inventors have manufactured a plurality of test pieces with various surface properties changed by changing the conditions of plasma irradiation and honing processing, and conducting an evaluation test of their oil retention amounts. The oil retention amount of the test piece is calculated by leaving the test piece coated with oil standing for 4 hours and measuring the mass difference between the test piece before and after the test piece. Here, the value is used as an index value of oil consumption in an actual engine. According to the result, it has been confirmed that the oil retention amount has a strong correlation with Rk + Rvk, which is an index value for the surface-shaped concave portion.

図3に、試験により得られたオイル保持量とRk+Rvkとの関係を示す。同図に示されるように、ピストンリング摺動面のオイル保持量を鋳鉄製シリンダーライナーのオイル保持量(1.0ミリグラム/平方センチメートル)と同等以下とするには、そのRk+RvKを2.0マイクロメートル未満とする必要がある。   FIG. 3 shows the relationship between the oil retention amount obtained by the test and Rk + Rvk. As shown in the figure, in order to make the oil retention amount of the piston ring sliding surface equal to or less than the oil retention amount of the cast iron cylinder liner (1.0 milligram / square centimeter), the Rk + RvK is set to 2.0 micrometers. Must be less than

一方、ピストンスカート摺動面は、オイル消費とは関連が無いが、要求される潤滑特性を満すようにオイル保持量を確保する必要がある。本実施の形態のシリンダーブロックでは、実際の使用時にピストンスカート摺動面の油膜に加わる面圧は、ピストンリング摺動面の約1/2となっており、油膜形成能力が高いため、ピストンリング摺動面のほぼ半分のオイル保持量(0.50ミリグラム/平方センチメートル)を確保すれば必要な潤滑特性を満足することができる。図4に示すように、そうしたオイル保持量を確保できるRk+Rvkは、1.0マイクロメートル未満となる。   On the other hand, the piston skirt sliding surface is not related to oil consumption, but it is necessary to secure an oil retention amount so as to satisfy the required lubrication characteristics. In the cylinder block of the present embodiment, the surface pressure applied to the oil film on the sliding surface of the piston skirt during actual use is about half that of the sliding surface of the piston ring, and the oil film forming ability is high. Necessary lubrication characteristics can be satisfied by securing an oil holding amount (0.50 milligram / square centimeter) that is approximately half of the sliding surface. As shown in FIG. 4, Rk + Rvk that can secure such an oil retention amount is less than 1.0 micrometer.

なお、ここでは、ピストンスカート摺動面に加わる面圧がリング摺動領域の1/2となる場合の試験結果について説明したが、必要な潤滑特性を満すことのできるRk+Rvkは、摺動面に加わる面圧にほぼ比例することが確認されている。したがって、ピストンリング摺動面のRk+Rvkとピストンスカート摺動面のRk+Rvkとの比が、それぞれに加わる面圧との比と同じ比となるようにすれば、両摺動面に十分な潤滑特性を与えることができる。   In addition, although the test result when the surface pressure applied to the piston skirt sliding surface is ½ of the ring sliding region has been described here, Rk + Rvk that can satisfy the necessary lubrication characteristics is the sliding surface. It has been confirmed that it is almost proportional to the surface pressure applied to the surface. Therefore, if the ratio of the piston ring sliding surface Rk + Rvk to the piston skirt sliding surface Rk + Rvk is the same as the ratio of the surface pressure applied to each, sufficient lubrication characteristics can be provided to both sliding surfaces. Can be given.

(フリクションによる制限)
発明者らは、上述した複数の試験片についてそれらのフリクションの評価を行っている。フリクションの評価は、往復摺動試験機を使用して各試験片の摩擦係数を測定することで行っている。その結果によれば、フリクションは、面性状の凸部についての指標値であるRk+Rpkとの相間が強いことが確認されている。
(Limited by friction)
The inventors have evaluated the friction of the plurality of test pieces described above. Friction is evaluated by measuring the coefficient of friction of each test piece using a reciprocating sliding tester. According to the result, it has been confirmed that the friction has a strong correlation with Rk + Rpk which is an index value for the surface-shaped convex portion.

図5に、試験により得られた平均摩擦係数とRk+Rpkとの関係を示す。同図に示されるように、ピストンリング摺動面の摩擦係数を鋳鉄製シリンダーライナーの摩擦係数(0.03)と同等以下とするには、Rk+Rpkを1.0マイクロメートル未満とする必要がある。   FIG. 5 shows the relationship between the average friction coefficient obtained by the test and Rk + Rpk. As shown in the figure, in order to make the friction coefficient of the sliding surface of the piston ring equal to or less than the friction coefficient (0.03) of the cast iron cylinder liner, Rk + Rpk needs to be less than 1.0 micrometer. .

一方、ピストンスカート摺動面は、ピストンリング摺動面に比して油膜に加わる面圧が約1/2であり、油膜形成力が高い。そのため、ピストンスカート摺動面では、図6に示すように、ピストンリング摺動面の約半分のRk+Rpk(=0.50マイクロメートル)で摩擦係数を鋳鉄製シリンダーライナーと同等以下とすることができる。   On the other hand, the piston skirt sliding surface has a surface pressure applied to the oil film of about 1/2 that of the piston ring sliding surface, and has a high oil film forming force. Therefore, on the piston skirt sliding surface, as shown in FIG. 6, the friction coefficient can be made equal to or less than that of the cast iron cylinder liner by Rk + Rpk (= 0.50 micrometers) which is about half of the piston ring sliding surface. .

なお、ここでは、ピストンスカート摺動面に加わる面圧がリング摺動領域の1/2となる場合の試験結果について説明したが、摩擦係数を一定値以下とすることのできるRk+Rpkは、摺動面に加わる面圧にほぼ比例することが確認されている。したがって、ピストンリング摺動面のRk+Rpkとピストンスカート摺動面のRk+Rpkとの比が、それぞれに加わる面圧との比と同じ比となるようにすれば、両摺動面に十分なフリクション特性を与えることができる。   In addition, although the test result when the surface pressure applied to the piston skirt sliding surface is ½ of the ring sliding region has been described here, Rk + Rpk that can make the friction coefficient below a certain value is sliding It has been confirmed that it is almost proportional to the surface pressure applied to the surface. Therefore, if the ratio of Rk + Rpk of the piston ring sliding surface and Rk + Rpk of the piston skirt sliding surface is the same as the ratio of the surface pressure applied to each, sufficient friction characteristics are provided to both sliding surfaces. Can be given.

(スカッフ耐性による制限)
発明者らは、上述した複数の試験片についてそれらのスカッフ耐性についての評価試験を行っている。各試験片のスカッフ耐性の評価は、往復摺動試験機を使用し、スカッフィングによって摺動時のフリクションが急激に上昇するまでの時間(スカッフ時間)を測定することで行われている。その結果によれば、スカッフ耐性は、Rkとの相間が強いことが確認されている。
(Restricted by scuff resistance)
The inventors have conducted an evaluation test on the scuff resistance of the plurality of test pieces described above. The scuff resistance of each test piece is evaluated by using a reciprocating sliding tester and measuring the time (scuff time) until the friction during sliding rises rapidly by scuffing. According to the result, it has been confirmed that the scuff resistance has a strong correlation with Rk.

図7に、試験により得られたスカッフとRkとの関係を示す。同図に示されるように、ピストンリング摺動面のスカッフ時間を、鋳鉄製シリンダーライナーのスカッフ時間(5分)と同等以上とするには、Rkを0.65マイクロメートル以上とする必要がある。   FIG. 7 shows the relationship between the scuff obtained by the test and Rk. As shown in the figure, in order to make the scuffing time of the piston ring sliding surface equal to or more than the scuffing time (5 minutes) of the cast iron cylinder liner, it is necessary to set Rk to 0.65 micrometers or more. .

一方、ピストンスカート摺動面は、ピストンリング摺動面に比して油膜に加わる面圧が約1/2であり、油膜形成力が高い。そのため、ピストンスカート摺動面では、図8に示すように、ピストンリング摺動面のほぼ半分のRk(=0.3マイクロメートル)でスカッフ時間を鋳鉄製シリンダーライナーと同等以下とすることができる。   On the other hand, the piston skirt sliding surface has a surface pressure applied to the oil film of about 1/2 that of the piston ring sliding surface, and has a high oil film forming force. Therefore, on the sliding surface of the piston skirt, as shown in FIG. 8, the scuff time can be made equal to or less than that of the cast iron cylinder liner with Rk (= 0.3 micrometers) which is almost half of the sliding surface of the piston ring. .

なお、ここでは、ピストンスカート摺動面に加わる面圧がリング摺動領域の1/2となる場合の試験結果について説明したが、スカッフ時間を一定値以上とすることのできるRkは、摺動面に加わる面圧にほぼ比例することが確認されている。したがって、ピストンリング摺動面のRkとピストンスカート摺動面のRkとの比が、それぞれに加わる面圧との比と同じ比となるようにすれば、両摺動面に十分なスカッフ耐性を与えることができる。   In addition, although the test result in the case where the surface pressure applied to the piston skirt sliding surface is ½ of the ring sliding region has been described here, Rk that can make the scuff time equal to or greater than a certain value is the sliding It has been confirmed that it is almost proportional to the surface pressure applied to the surface. Therefore, if the ratio of the Rk of the piston ring sliding surface and the Rk of the piston skirt sliding surface is the same as the ratio of the surface pressure applied to each, sufficient scuff resistance is provided to both sliding surfaces. Can be given.

なお、上述したように、両摺動面の表面粗さパラメーターの差異は、プラズマ溶融処理でのプラズマ照射条件を異ならせることで設定することができる。図9は、プラズマ溶融処理にて形成される改質層の表面粗さとプラズマ溶融処理における単位面積当りの処理エネルギーとの関係を示している。同図に示されるように、表面粗さと単位面積当りの処理エネルギーとの間には比例関係がある。一方、上述したように、オイル消費、フリクション、及びスカッフ耐性の要求を満すには、ピストンリング摺動面の表面粗さパラメーターとピストンスカート摺動面の表面粗さパラメーターとの比を、それぞれの摺動面に加わる面圧の比と同じとする必要がある。よって、ピストンリング摺動面のプラズマ照射における単位面積当りの処理エネルギーと、ピストンスカート摺動面のプラズマ照射における単位面積当りの処理エネルギーとの比が、両摺動面に加わる面圧の比と同じ比となるようにプラズマ溶融処理を行えば良いことになる。   As described above, the difference in the surface roughness parameters of both sliding surfaces can be set by changing the plasma irradiation conditions in the plasma melting treatment. FIG. 9 shows the relationship between the surface roughness of the modified layer formed by the plasma melting process and the processing energy per unit area in the plasma melting process. As shown in the figure, there is a proportional relationship between the surface roughness and the processing energy per unit area. On the other hand, as described above, in order to satisfy the requirements of oil consumption, friction, and scuff resistance, the ratio of the surface roughness parameter of the piston ring sliding surface to the surface roughness parameter of the piston skirt sliding surface is set respectively. The ratio of the surface pressure applied to the sliding surface must be the same. Therefore, the ratio between the processing energy per unit area in plasma irradiation of the piston ring sliding surface and the processing energy per unit area in plasma irradiation of the piston skirt sliding surface is the ratio of the surface pressure applied to both sliding surfaces. The plasma melting process may be performed so that the ratio is the same.

以上説明した本実施の形態のシリンダーブロックによれば、以下の効果を奏することができる。
(1)本実施の形態では、ピストンリング摺動面のRk+Rvkとピストンスカート摺動面のRk+Rvkとの比が、それら摺動面に加わる面圧の比と同じ比とされている。そのため、ピストンリング摺接面、ピストンスカート摺接面の双方に適切な厚さの油膜が形成されるようになり、面圧の違いに拘らず、両摺動面の潤滑性を好適に確保することができる。したがって、上記構成によれば、摺動面に加わる面圧の異なるピストンリング摺接面、ピストンスカート摺接面のいずれにも、過不足の無い、最適な潤滑特性を与えることができるようになる。
According to the cylinder block of the present embodiment described above, the following effects can be achieved.
(1) In the present embodiment, the ratio of Rk + Rvk of the piston ring sliding surface and Rk + Rvk of the piston skirt sliding surface is the same as the ratio of the surface pressure applied to these sliding surfaces. Therefore, an oil film having an appropriate thickness is formed on both the piston ring sliding contact surface and the piston skirt sliding contact surface, and the lubricity of both sliding surfaces is suitably ensured regardless of the difference in surface pressure. be able to. Therefore, according to the above configuration, it is possible to give an optimum lubrication characteristic without excess or deficiency to any of the piston ring sliding contact surface and the piston skirt sliding contact surface having different surface pressures applied to the sliding surface. .

(2)本実施の形態では、ピストンリング摺動面のRk+Rpkとピストンスカート摺動面のRk+Rpkとの比が、それらに加わる面圧の比と同じ比とされている。そのため、摺動面に加わる面圧の違いに拘わらず、両摺動面のフリクションを概ね等しくすることができる。   (2) In the present embodiment, the ratio of Rk + Rpk of the piston ring sliding surface and Rk + Rpk of the piston skirt sliding surface is the same as the ratio of the surface pressure applied to them. Therefore, the friction of both sliding surfaces can be made substantially equal regardless of the difference in surface pressure applied to the sliding surfaces.

(3)本実施の形態では、ピストンリング摺動面のRkとピストンスカート摺動面のRkとの比が、それらに加わる面圧の比と同じ比とされている。そのため、摺動面に加わる面圧の違いに拘わらず、両摺動面に概ね同等のスカッフ耐性を与えることができる。   (3) In the present embodiment, the ratio between the Rk of the piston ring sliding surface and the Rk of the piston skirt sliding surface is the same as the ratio of the surface pressure applied to them. Therefore, regardless of the difference in surface pressure applied to the sliding surfaces, both sliding surfaces can be given substantially the same scuff resistance.

(4)本実施の形態では、ピストンリング摺動面及びピストンスカート摺動面の表面粗さパラメーターの比の設定を、プラズマ照射時の単位面積当りの処理エネルギーの調整を通じて行っている。こうした場合、プラズマの照射エネルギーを調節のみで各摺動面に必要な表面粗さを与えることができるため、両摺動面の間における表面粗さの変更を容易に行うことが可能となり、部位毎に表面性状を変えることでのシリンダーブロックの製造時間、製造コストの増大を抑えることができる。   (4) In this embodiment, the ratio of the surface roughness parameters of the piston ring sliding surface and the piston skirt sliding surface is set by adjusting the processing energy per unit area during plasma irradiation. In such a case, the required surface roughness can be given to each sliding surface only by adjusting the plasma irradiation energy, so that it is possible to easily change the surface roughness between both sliding surfaces. It is possible to suppress an increase in manufacturing time and manufacturing cost of the cylinder block by changing the surface properties every time.

(5)本実施の形態では、ピストンリング摺動面のプラズマ照射における単位面積当りの処理エネルギーと、ピストンスカート摺動面のプラズマ照射における単位面積当りの処理エネルギーとの比を、それらに加わる面圧の比と同じ比とするようにしている。そのため、オイル消費、フリクション、及びスカッフ耐性の要求を満すように両摺動面の表面性状を容易かつ適切に設定することが可能となる。   (5) In the present embodiment, the ratio of the processing energy per unit area in plasma irradiation of the piston ring sliding surface and the processing energy per unit area in plasma irradiation of the piston skirt sliding surface is added to the surface The ratio is the same as the pressure ratio. Therefore, it is possible to easily and appropriately set the surface properties of both sliding surfaces so as to satisfy the requirements of oil consumption, friction, and scuff resistance.

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、プラズマ溶融処理におけるプラズマ照射の単位面積当りの処理エネルギーを変えることで、ピストンリング摺動面、ピストンスカート摺動面の表面粗さを異ならせていた。もっとも、両摺動面の表面粗さパラメーターを同様に設定できるのであれば、単位面積当りの処理エネルギーを変えること以外の方法で、両摺動面の表面粗さを異ならせるようにしても良い。
In addition, the said embodiment can also be changed and implemented as follows.
In the above embodiment, the surface roughness of the piston ring sliding surface and the piston skirt sliding surface is made different by changing the processing energy per unit area of plasma irradiation in the plasma melting processing. However, if the surface roughness parameters of both sliding surfaces can be set similarly, the surface roughness of both sliding surfaces may be made different by a method other than changing the processing energy per unit area. .

・上記実施の形態では、ピストンリング摺動面のRkとピストンスカート摺動面のRkとの比を、それら摺動面に加わる面圧の比と同じ比としていたが、両摺動面のスカッフ耐性を同等とする必要が無い場合には、両摺動面のRkの比を上記面圧の比と等しくしないようにしても良い。その場合であれ、両摺動面のRk+Rvkの比がそれらの摺動面に加わる面圧の比と等しくされていれば、摺動面に加わる面圧の異なる両摺接面のいずれにも、過不足の無い、最適な潤滑特性を与えることができる。   In the above embodiment, the ratio between the Rk of the piston ring sliding surface and the Rk of the piston skirt sliding surface is the same as the ratio of the surface pressure applied to these sliding surfaces. When it is not necessary to make the resistance equal, the ratio of Rk of both sliding surfaces may not be equal to the ratio of the above-mentioned surface pressure. Even in that case, if the ratio of Rk + Rvk of both sliding surfaces is equal to the ratio of the surface pressure applied to those sliding surfaces, both sliding contact surfaces having different surface pressures applied to the sliding surfaces can be used. Optimal lubrication characteristics without excess or deficiency can be provided.

・上記実施の形態では、ピストンリング摺動面及びピストンスカート摺動面のRk+Rpkの比を、それら摺動面に加わる面圧の比と同じ比としていたが、両摺動面のフリクション特性を同等とする必要が無い場合には、両摺動面のRk+Rpkの比を上記面圧の比と等しくしないようにしても良い。その場合であれ、両摺動面のRk+Rvkの比がそれらの摺動面に加わる面圧の比と等しくされていれば、摺動面に加わる面圧の異なる両摺接面のいずれにも、過不足の無い、最適な潤滑特性を与えることができる。   In the above embodiment, the ratio of Rk + Rpk of the piston ring sliding surface and the piston skirt sliding surface is the same as the ratio of the surface pressure applied to these sliding surfaces, but the friction characteristics of both sliding surfaces are the same. If it is not necessary, the ratio of Rk + Rpk of both sliding surfaces may not be equal to the ratio of the surface pressure. Even in that case, if the ratio of Rk + Rvk of both sliding surfaces is equal to the ratio of the surface pressure applied to those sliding surfaces, both sliding contact surfaces having different surface pressures applied to the sliding surfaces can be used. Optimal lubrication characteristics without excess or deficiency can be provided.

1…シリンダーボア、2…ピストン、3…ピストンリング、4…ピストンスカート、Rk…コア部のレベル差(有効負荷粗さ)、Rpk…突出山部高さ(初期摩耗高さ)、Rvk…突出谷部深さ(油溜まり深さ)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder bore, 2 ... Piston, 3 ... Piston ring, 4 ... Piston skirt, Rk ... Level difference of core part (effective load roughness), Rpk ... Projection peak height (initial wear height), Rvk ... Projection Valley depth (oil sump depth).

Claims (5)

ピストンに摺接されるシリンダーボアがアルミニウム合金で形成されたシリンダーブロックにおいて、
コア部のレベル差をRk、突出谷部深さをRvkとしたとき、ピストンリング摺動面のRk+Rvkとピストンスカート摺動面のRk+Rvkとの比が、当該シリンダーブロックを備えるエンジンの使用中に前記ピストンリング摺動面に加わる面圧と前記ピストンスカート摺動面に加わる面圧との比と同じ比とされてなる
ことを特徴とするシリンダーブロック。
In the cylinder block in which the cylinder bore slidably contacted with the piston is made of aluminum alloy,
When the level difference of the core part is Rk and the depth of the protruding valley part is Rvk, the ratio of Rk + Rvk of the piston ring sliding surface to Rk + Rvk of the piston skirt sliding surface is the same as that described above during use of the engine equipped with the cylinder block. A cylinder block characterized by having a ratio equal to a ratio of a surface pressure applied to a piston ring sliding surface and a surface pressure applied to the piston skirt sliding surface.
前記ピストンリング摺動面及び前記ピストンスカート摺動面には、プラズマ溶融処理が施され、前記Rk+Rvkの比がそのプラズマ照射時の単位面積当りの処理エネルギーの調整を通じて設定されてなる
ことを特徴とする請求項1に記載のシリンダーブロック。
The piston ring sliding surface and the piston skirt sliding surface are subjected to plasma melting treatment, and the ratio of Rk + Rvk is set through adjustment of processing energy per unit area during plasma irradiation. The cylinder block according to claim 1.
前記ピストンリング摺動面のプラズマ照射における単位面積当りの処理エネルギーと、前記ピストンスカート摺動面のプラズマ照射における単位面積当りの処理エネルギーとの比が、前記面圧の比と同じ比とされてなる
ことを特徴とする請求項2に記載のシリンダーブロック。
The ratio of the processing energy per unit area in the plasma irradiation of the piston ring sliding surface to the processing energy per unit area in the plasma irradiation of the piston skirt sliding surface is the same ratio as the ratio of the surface pressure. The cylinder block according to claim 2, wherein
突出山部高さをRpkとしたとき、前記ピストンリング摺動面のRk+Rpkと前記ピストンスカート摺動面のRk+Rpkとの比が、前記面圧の比と同じ比とされてなる
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のシリンダーブロック。
The ratio of Rk + Rpk of the piston ring sliding surface and Rk + Rpk of the piston skirt sliding surface is the same as the surface pressure ratio, where the height of the protruding peak is Rpk. The cylinder block according to any one of claims 1 to 3.
前記ピストンリング摺動面のRkと前記ピストンスカート摺動面のRkとの比が、前記面圧の比と同じ比とされてなる
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のシリンダーブロック。
The ratio between the Rk of the piston ring sliding surface and the Rk of the piston skirt sliding surface is the same as the ratio of the surface pressure. Cylinder block as described.
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