JP5942739B2

JP5942739B2 - レシプロ機構

Info

Publication number: JP5942739B2
Application number: JP2012210845A
Authority: JP
Inventors: 飯島　章; 章飯島
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2032-09-25
Also published as: JP2014066152A

Description

本発明は、レシプロ機構に係り、特に、ディンプル付きのピストンリングとクロスハッチ角度が大きいクロスハッチを内周面に有するシリンダとを組み合わせたレシプロ機構に関する。

図４に示すように、内燃機関（レシプロ機構）４０において、ピストンリング（ファーストリング）４１のフリクションを低減するために、ピストンリング４１の摺動面に多数のディンプル４２を施す（設ける）ことが知られている。

一方、ピストン４３が摺動可能に収容されるシリンダブロック４４のシリンダボア４５（又はシリンダライナ）の内周面には、潤滑油保持のために、ホーニング加工による加工目（溝又は条痕）であるクロスハッチ４６が形成される（例えば、特許文献１参照）。なお、図４においてはクロスハッチ４６を簡略的に示しており、クロスハッチ４６は実際にはより目が細かい。

特開２００９−３０６５７号公報

しかしながら、ピストンリング４１の摺動面にディンプル４２を設けた場合に、ピストン４３の上死点付近及び下死点付近ではピストンリング４１の摩擦係数が大きくなることも知られている。ピストン４３の上死点付近及び下死点付近ではピストンリング４１の摺動速度が遅いので、ピストンリング４１のフリクションは増加しないが、摩耗が増加する虞がある。

ピストン４３の上死点付近及び下死点付近ではピストンリング４１の摺動速度が遅いため、潤滑油による油膜はピストンリング４１の張力による押し付け力により発生する。しかしながら、ピストンリング４１の摺動面にディンプル４２があると、ピストンリング４１の張力による押し付け力により、ピストンリング４１の摺動面における平滑部からディンプル４２へ潤滑油が逃げる。そのため、ピストン４３の上死点付近及び下死点付近では、ピストンリング４１の摺動面において油膜厚さが薄くなり、ピストンリング４１の摩耗係数が大きくなる。

一方、ピストン４３のストローク中央付近では、ピストンリング４１の摺動速度が速いため、潤滑油はピストンリング４１の上下（進行方向側）から摺動面に充分に供給され、且つディンプル４２で動圧が生じる。そのため、ピストン４３のストローク中央付近では、ピストンリング４１の摺動面において油膜厚さが厚くなり、ピストンリング４１の摩擦係数が低くなる。

ところで、シリンダボア４５の内周面に設けられるクロスハッチ４６のクロスハッチ角度（ホーニング角度とも称される）θは一般的に１０°から３０°の範囲内とされるが、図４に示すように、ピストンリング４１のフリクションを低減する目的でクロスハッチ角度θを比較的大きくする場合（例えば、約１４０°）がある。

図４に示すようにクロスハッチ角度θを大きくした場合には、ピストンリング４１の摺動によって、潤滑油がピストンリング４１の摺動方向に移動し易くなる。そのため、ピストン４３の上死点付近及び下死点付近では、潤滑油の量が豊富となる。

よって、ディンプル４２付きのピストンリング４１とクロスハッチ角度θが大きいクロスハッチ４６を内周面に有するシリンダボア４５とを組み合わせて用いると、ピストン４３の上死点付近及び下死点付近におけるピストンリング４１の摩擦係数の増大を防ぐことが可能となる。

ただし、クロスハッチ角度θを大きくした場合、ピストン４３のストローク中央付近における潤滑油の量が減り、ピストンリング４１の低フリクション性が維持できない事態が生じ得る。

そこで、本発明の目的は、ディンプル付きのピストンリングとクロスハッチ角度が大きいクロスハッチを内周面に有するシリンダとを組み合わせたレシプロ機構において、ピストンリングの低フリクション性を維持することにある。

上述の目的を達成するために、本発明に係るレシプロ機構は、摺動面に多数のディンプルが設けられたピストンリングを有するピストンと、前記ピストンを摺動可能に収容するシリンダとを備えるレシプロ機構において、前記シリンダは、前記シリンダの内周面に形成され、クロスハッチ角度が１３０°から１５０°の範囲内であり且つ前記シリンダの軸線方向に対する長さが前記シリンダの全長よりも短いクロスハッチを含むクロスハッチ部を前記シリンダの軸線方向に複数有し、前記シリンダの軸線方向中央部における前記シリンダの軸線方向に対する前記クロスハッチの長さが、軸線方向両端部における前記シリンダの軸線方向に対する前記クロスハッチの長さよりも短いものである。

前記シリンダは、前記シリンダの軸線方向に隣り合う前記クロスハッチ部が重なり合う重合部をさらに有するものであっても良い。

前記シリンダは、前記シリンダの軸線方向に隣り合う前記クロスハッチ部間に前記クロスハッチの無い隙間部をさらに有するものであっても良い。

本発明によれば、ディンプル付きのピストンリングとクロスハッチ角度が大きいクロスハッチを内周面に有するシリンダとを組み合わせたレシプロ機構において、ピストンリングの低フリクション性を維持することができるという優れた効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るレシプロ機構の概略図である。ホーニング加工方法の説明図である。本発明の他の実施形態に係るレシプロ機構の概略図である。従来例に係るレシプロ機構の概略図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

本実施形態は本発明を内燃機関に適用したものである。図１に内燃機関（レシプロ機構）の概略図を示す。なお、図１においては、シリンダブロックの断面図及びシリンダボアの内周面の拡大図を示す。

図１に示すように、内燃機関（本実施形態では、ディーゼルエンジン）１０のシリンダブロック１１の下部に設けられた軸受穴１２には図示しないクランクシャフトが支持され、このクランクシャフトに図示しないコネクティングロッドを介して連結されたピストン１３がシリンダボア１４内を上下に往復運動するようになっている。また、ピストン１３の外周に設けられたリング溝には、摺動面に多数のディンプル１５が設けられたピストンリング（本実施形態では、ファーストリング）１６が装着されている。なお、図１においては、ピストン１３、ディンプル１５及びピストンリング１６を簡略的に示しており、特にディンプル１５は実際にはピストン１３及びピストンリング１６に対して微小である。

シリンダブロック１１に設けられるシリンダを構成するシリンダボア１４の内周面には、シリンダボア１４の軸線方向に対する長さＬ１、Ｌ２がシリンダボア１４の全長Ｌ０よりも短いクロスハッチ１７を有するクロスハッチ部１８がシリンダボア１４の軸線方向に複数形成されている。即ち、潤滑油保持のためにシリンダボア１４の内周面に設けられるクロスハッチ１７が、シリンダボア１４の上端１９から下端２０までシリンダボア１４の全長Ｌ０に亘って一直線に繋がってはいない。さらに、シリンダボア１４の内周面には、シリンダボア１４の軸線方向に隣り合うクロスハッチ部１８が重なり合う重合部（オーバーラップ部）２１が設けられている。なお、図１においてはクロスハッチ１７を簡略的に示しており、クロスハッチ１７は実際にはより目が細かい。

本実施形態では、シリンダボア１４の軸線方向中央部におけるシリンダボア１４の軸線方向に対するクロスハッチ１７の長さＬ１は軸線方向上端部及び軸線方向下端部（軸線方向両端部）におけるシリンダボア１４の軸線方向に対するクロスハッチ１７の長さＬ２よりも短くし、シリンダボア１４の軸線方向上端部及び軸線方向下端部においてはクロスハッチ１７の長さＬ２を長くしている。

クロスハッチ角度θは、１３０°から１５０°の範囲内（例えば、約１４０°）とされる。また、シリンダボア１４の軸線方向上端部及び軸線方向下端部におけるシリンダボア１４の軸線方向に対するクロスハッチ１７（クロスハッチ部１８）の長さＬ２は、例えば、シリンダボア１４の全長Ｌ０の３分の１程度とされる。一方、シリンダボア１４の軸線方向中央部におけるシリンダボア１４の軸線方向に対するクロスハッチ１７（クロスハッチ部１８）の長さＬ１は、例えば、シリンダボア１４の軸線方向上端部及び軸線方向下端部におけるクロスハッチ１７（クロスハッチ部１８）の長さＬ２の２分の１から３分の１程度（軸線方向中央部分を２〜３分割）とされる。さらに、シリンダボア１４の軸線方向に対する重合部２１の長さＬ３は、例えば、約１ｍｍから約２ｍｍとされる。

次に、ホーニング加工方法の一例を説明する。

図２にホーニング加工方法の説明図を示す。

図２に示すように、ホーニング加工装置２２は、シリンダブロック１１のシリンダボア１４に挿入されるホーニングヘッド２３と、ホーニングヘッド２３に装着される砥石２４とを備える。砥石２４は、シリンダボア１４の軸線方向に対する長さＬ４がシリンダボア１４の軸線方向に対して短く（シリンダボア１４の全長Ｌ０よりも短く）形成されている。

そして、シリンダボア１４の軸線方向に対する長さＬ４がシリンダボア１４の軸線方向に対して短い砥石２４を用い、各クロスハッチ部１８を順次形成していくことで複数のクロスハッチ部１８及び重合部２１をシリンダボア１４の内周面に形成可能である。

また、シリンダボア１４の軸線方向に対するホーニングヘッド２３の送り量（ホーニングヘッドストローク）Ｓｔ１、Ｓｔ２を、シリンダボア１４の軸線方向上端部及び軸線方向下端部（Ｓｔ１；図２（ａ）参照）よりも軸線方向中央部（Ｓｔ２；図２（ｂ）参照）において短くすることで、シリンダボア１４の軸線方向中央部におけるシリンダボア１４の軸線方向に対するクロスハッチ１７の長さＬ１を短く加工することが実現可能である。

次に、本実施形態の作用効果を説明する。

本実施形態では、図１に示すように、シリンダボア１４の軸線方向中央部におけるシリンダボア１４の軸線方向に対するクロスハッチ１７の長さＬ１は軸線方向上端部及び軸線方向下端部におけるシリンダボア１４の軸線方向に対するクロスハッチ１７の長さＬ２よりも短くし、シリンダボア１４の軸線方向上端部及び軸線方向下端部においてはクロスハッチ１７の長さＬ２を長くしている。このようにすると、シリンダボア１４の軸線方向上端部及び軸線方向下端部における潤滑油の量は増えるが、ピストン１３の摺動に伴い潤滑油がピストン１３の摺動方向に移動し難くなり、軸線方向中央部における潤滑油の量は減らないようになる。

よって、ピストン１３の上死点付近及び下死点付近（シリンダボア１４の軸線方向上端部及び軸線方向下端部）ではピストンリング１６の摩擦係数が小さくなり、ピストン１３のストローク中央付近（シリンダボア１４の軸線方向中央部）でも潤滑油の量が充分にあるので、ピストンリング１６の摺動面に設けたディンプル１５の効果（動圧）が発揮され、ピストンリング１６の低フリクション性が維持される。

また、本実施形態によれば、ディンプル１５付きのピストンリング１６を上述の工夫を凝らしたクロスハッチ１７を内周面に有するシリンダボア１４と組み合わせることで、ピストン１３の上死点付近及び下死点付近でも、潤滑油の供給を豊富にし、ピストンリング１６の摩擦係数が増大することを防止することができる。ひいては、ピストンリング１６の摩耗が生じる虞がなくなる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、図３に示すように、シリンダボア１４の軸線方向に隣り合うクロスハッチ部１８間に隙間部（クロスハッチ１７の無い部分）２５を設けても良い。その場合、隙間部２５のシリンダボア１４の軸線方向に対する長さＬ５は、例えば、約１ｍｍから約２ｍｍとされる。

また、本発明は、シリンダボアがシリンダを構成するレシプロ機構だけではなく、シリンダライナがシリンダを構成するレシプロ機構へも適用可能である。即ち、その場合、シリンダライナの内周面にクロスハッチが設けられる。

さらに、本発明は、ディーゼルエンジンだけではなく、ガソリンエンジン等へも適用可能である。

１０内燃機関（レシプロ機構）
１３ピストン
１４シリンダボア（シリンダ）
１５ディンプル
１６ピストンリング
１７クロスハッチ
１８クロスハッチ部
２１重合部
２５隙間部
Ｌ０シリンダボアの全長
Ｌ１シリンダボアの軸線方向中央部におけるクロスハッチの長さ
Ｌ２シリンダボアの軸線方向両端部におけるクロスハッチの長さ
θ クロスハッチ角度

Claims

摺動面に多数のディンプルが設けられたピストンリングを有するピストンと、前記ピストンを摺動可能に収容するシリンダとを備えるレシプロ機構において、
前記シリンダは、前記シリンダの内周面に形成され、クロスハッチ角度が１３０°から１５０°の範囲内であり且つ前記シリンダの軸線方向に対する長さが前記シリンダの全長よりも短いクロスハッチを含むクロスハッチ部を前記シリンダの軸線方向に複数有し、
前記シリンダの軸線方向中央部における前記シリンダの軸線方向に対する前記クロスハッチの長さが、軸線方向両端部における前記シリンダの軸線方向に対する前記クロスハッチの長さよりも短いことを特徴とするレシプロ機構。
前記シリンダは、前記シリンダの軸線方向に隣り合う前記クロスハッチ部が重なり合う重合部をさらに有する請求項１に記載のレシプロ機構。
前記シリンダは、前記シリンダの軸線方向に隣り合う前記クロスハッチ部間に前記クロスハッチの無い隙間部をさらに有する請求項１に記載のレシプロ機構。