JP5249109B2 - シリンダ - Google Patents
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Description
本発明の第一態様のシリンダは、シリンダ本体とその内側に固着されたシリンダライナとから構成され、前記シリンダライナの内壁面に上記複数の凹部が形成されているものである。本態様においては、シリンダ本体の内壁面とシリンダライナの外壁面とが固着されており、ピストンは上記シリンダライナの内壁面上を摺動するものであるため、上記シリンダライナが固着されているシリンダ本体の内壁面には、凹部は設けられている必要はない。
まず、本態様において、凹部が形成される領域である行程中央部領域について説明する。
次に、本態様のシリンダを構成するシリンダライナの内壁面の前記行程中央部領域に形成される凹部について説明する。
本態様におけるシリンダライナは、シリンダ本体の内側に固着して用いられるものであり、ピストンに装着されたピストンリングが、その内壁面上を摺動するものである。本態様のシリンダライナの寸法や材質等は、シリンダ本体の寸法や材質、共に用いられるピストンリング等との相性、さらには運転温度などを考慮し、適宜設計可能である。
本態様において用いられるシリンダ本体は、前記シリンダライナをその内側に固着することができればよく、その材質や寸法などは用途や運転温度等に応じて適宜設計可能である。
本態様のシリンダの行程中央部領域における複数の凹部の形成方法については、特に限定されることはなく、上述した各条件を満たす凹部を形成することができれば、いかなる方法をも採用することができる。
本態様のシリンダと組み合わせて用いられるピストンリングについては、特に限定されることはなく、現在公知である種々のピストンリングを適宜選択することができる。
7.シリンダと組み合わせて用いられるピストン
本態様のシリンダと組み合わせて用いられるピストンについても、特に限定されることはなく、現在公知である種々のピストンを適宜選択することができる。
本態様の第二態様のシリンダは、上記「第一態様」のようなシリンダライナは用いられておらず、シリンダの内壁面に直に上記凹部が形成され、ピストンが当該シリンダの内壁面上を直に摺動するものである。
以下の方法によりシリンダライナを加工し、当該シリンダライナの往復動摩擦力を測定した。
図8(a)および(b)に示す寸法(mm)を有するシリンダライナ(材質:FC250)の行程中央部領域に、マスキング板を用い、以下の手順で凹部を形成した。凹部は、図5(a)に示す形状および配置で形成した。
(1)シリンダライナの内壁面に前記マスキング板を固定した。
(2)図9に示すように、シリンダライナ90をブラスト加工機のターンテーブル91に固定した。
(3)図9に示すように、シリンダライナ90の内側にブラスト加工機の砥粒噴出口92を挿入し、ターンテーブル91を回転させ、かつ砥粒噴出口92を上下に移動させながら、砥粒をシリンダライナ90の内壁面に吐出させた(砥粒噴出口92が上昇している時のみ砥粒を吐出させた。)。なお、砥粒材としてはアルミナを用い、砥粒径は53〜74μmのものを用いた。砥粒噴出圧は約2MPaであり、ターンテーブル91の回転数は4rpmとした。また、砥粒噴出口92の上下移動時間は5min×2回とした。
(4)ターンテーブル91からシリンダライナ90を取り外し、ついでマスキング板をシリンダライナから取り外した。
(5)シリンダライナ90の内壁面にホーニング加工を行った。なお、ホーニング加工は、形成された凹部の端部に罵詈が生じている場合があり、これを削除するためである。
(6)形成された凹部の形状は、図5(a)の通り菱形であり、軸方向長さ、周方向長さともに1.2mmであった。また、図5(b)に示す凹部のシリンダ径方向長さは5μm〜15μmであった。
上記手順で加工したシリンダライナの往復動摩擦力(N)を図10に示す装置を用いて測定した。この際に用いた試験片ピストンリングの軸方向長さh1は1.2mm、径方向長さa1は3.2mm、ピストンリングの接線方向張力Ftは9.8Nであった。また、往復動摩擦力の測定時の回転数は50〜750rpm、ピストンリング周辺温度は80℃であり、供給油はSAE粘度10W−30のものを用いた。
シリンダライナの内壁面の凹部が形成されていない箇所の十点平均粗さRzが2μm、凹部のシリンダ径方向平均長さが10μm、回転数が750rpmの際において、以下それぞれの凹部の面積率を有するシリンダライナの摩擦力の測定結果を図11に示す。図11においては、凹部が形成されていない、つまり上記面積率が0%の従来例の摩擦力を1.00としたときの摩擦力比を示す。
・従来例 :凹部の面積率=0%(凹部なし)
・比較例1:図8(a)の領域XおよびZにおける凹部の面積率=5%
図8(a)の領域Yにおける凹部の面積率=0.5%
・実施例1:図8(a)の領域XおよびZにおける凹部の面積率=5%
図8(a)の領域Yにおける凹部の面積率=1%
・実施例2:図8(a)の領域XおよびZにおける凹部の面積率=5%
図8(a)の領域Yにおける凹部の面積率=20%
・実施例3:図8(a)の領域XおよびZにおける凹部の面積率=5%
図8(a)の領域Yにおける凹部の面積率=50%
・実施例4:図8(a)の領域XおよびZにおける凹部の面積率=5%
図8(a)の領域Yにおける凹部の面積率=80%
・比較例2:図8(a)の領域XおよびZにおける凹部の面積率=5%
図8(a)の領域Yにおける凹部の面積率=85%
図11から、上記面積率が行程中央部領域の全域にわたって1〜80%の範囲においては、効果的に摩擦力が低減されており、摩擦力は上記面積率が50%までは接触面積の減少効果により摩擦力が減少し、上記面積率が50%を超えると接触面積が小さくなることによって摺動部の面圧が過剰に高くなり、摩擦力が増加することに起因するものと考えられる。
図10に示す装置を用いて、摩擦力による機械的損失(FMEP)を求めた。その際の試験方法は、ピストンに試験片ピストンリングをセットし、馴染み運転をした後、オイル温度80℃で回転数を750rpmとし摩擦力を測定した。
・実施例3:図8(a)の領域XおよびZにおける凹部の面積率=5%
図8(a)の領域Yにおける凹部の面積率=50%
・実施例5:図8(a)の領域XおよびZにおける凹部の面積率=5%
図8(a)の領域Yにおける凹部の面積率=1〜20%
・実施例6:図8(a)の領域XおよびZにおける凹部の面積率=5%
図8(a)の領域Yにおける凹部の面積率=20〜50%
・実施例7:図8(a)の領域XおよびZにおける凹部の面積率=5%
図8(a)の領域Yにおける凹部の面積率=50〜80%
・従来例 :凹部の面積率=0%(凹部なし)
・比較例3:図8(a)の領域XおよびZにおける凹部の面積率=5%
図8(a)の領域Yにおける凹部の面積率=0〜20%
・比較例4:図8(a)の領域XおよびZにおける凹部の面積率=5%
図8(a)の領域Yにおける凹部の面積率=50〜85%
なお、面積率を範囲をもって記載してあるものは、シリンダライナの周方向断面をランダムに数カ所測定し、その断面における凹部の面積率を測定し、その上限値と下限値をもって面積率の範囲としたからである。つまり、例えば実施例5は、行程中央部領域における領域Yのある部分の周方向断面の凹部面積率を測定した場合1%であり、違うある部分を測定した場合10%であり、さらに違う部分を測定した場合20%であり、その下限値が1%で上限値が20%であったことを意味する。一方で、例えば比較例3は、行程中央部領域における領域Yのある部分の周方向断面の凹部面積率を測定した場合0%であり(つまり、その断面には凹部が形成されていない)、違うある部分を測定した場合20%であり、その下限値が0%で上限値が20%であったことを意味する。従って、実施例3、5〜7、および比較例4については、行程中央部領域におけるシリンダ周方向の全ての断面には、少なくとも1つの凹部が形成されていることになる。
機械的損失の測定結果を図14に示す。図14においては、凹部が形成されていない従来例1の機械的損失を1.00としたときの、その他のシリンダライナの機械的損失比を示す。
図8(b)に示す寸法(mm)を有するシリンダライナ(材質:FC250)の行程中央部領域に、前記実験1と同様の要領で面積率5〜50%の凹部を形成した。面積率が5%の部分、50%の部分はそれぞれ図8(b)に示すとおりである。なお、凹部は、図5(a)に示す菱形であり、図5(b)に示す凹部のシリンダ径方向長さは5〜15μmであった。
上記手順で加工したシリンダライナの往復動摩擦力(N)を図10に示す装置を用いて測定した。この際に用いた試験片ピストンリングの軸方向長さh1は1.5mm、径方向長さa1は1.5mm、ピストンリングの接線方向張力Ftは9.8Nであった。また、往復動摩擦力の測定時の回転数は700rpm、ピストンリング周辺温度は80℃であり、供給油はSAE粘度10W−30のものを用いた。
シリンダライナの内壁面の凹部が形成されていない箇所の十点平均粗さRzが2μmで、凹部が形成されていない面積率0%の従来例、ピストンリングの軸方向長さh1(1.5mm)に対し、凹部の軸方向長さが2%、5%、50%、70%、98%、100%、105%、150%の場合の摩擦力測定結果を図15に示す。図15においては、凹部が形成されていない従来例の摩擦力を1としたときの摩擦力比を示す。
実験3に引き続き、シリンダライナを実機に搭載しブローバイガス試験を行った。具体的には、排気量:8862cc、シリンダ数:6、シリンダ径、112mm、ストローク:150mmのディーゼルエンジンを用いた。また、回転数は1800rpmとし、水温は80℃とした。
2…内壁面
3…凹部
4…行程中央部領域
Claims (6)
- ピストンが内壁面を摺動するシリンダであって、
前記シリンダの内壁面のうち、前記ピストンの上死点における最下位のピストンリングのリング溝の下面位置から、前記ピストンの下死点における最上位のピストンリングのリング溝の上面位置までの間の領域である行程中央部領域に複数の凹部が形成されており、
前記行程中央部領域の面積を100%としたときの、全凹部の面積の合計が10〜60%の範囲内であり、
かつ、当該行程中央部領域における、シリンダ周方向の全ての断面には、前記複数の凹部のうち少なくとも一つの凹部が形成されており、
前記シリンダの内壁面の、前記行程中央部領域以外の領域には前記凹部が形成されていないことを特徴とするシリンダ。 - 前記シリンダは、シリンダ本体とその内側に固着されたシリンダライナとから構成されており、前記シリンダライナの内壁面に前記複数の凹部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載のシリンダ。
- 前記行程中央部領域の、前記凹部が形成されていない箇所の十点平均粗さRzが4μm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載のシリンダ。
- 前記凹部のシリンダ軸方向の平均長さが、用いられるピストンリングのうちの、最上位のピストンリングのシリンダ軸方向の長さ以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のシリンダ。
- 前記凹部のシリンダ径方向の平均長さが0.1〜1000μmの範囲内であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のシリンダ。
- 前記シリンダが、内燃機関に用いられることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のシリンダ。
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