JP7369253B2 - シリンダ - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関に用いられるシリンダに関する。
内燃機関のシリンダは、その内周面が鋳鉄製のものが主流である。例えば、鋳鉄製のシリンダライナをアルミ合金製ブロックで鋳包んだ構造、鋳鉄製モノブロック構造、鋳鉄製乾式ライナまたは鋳鉄製湿式ライナを挿入した構造、が挙げられる。
一方で、シリンダの内周面に耐摩耗性に優れる溶射やめっき等のコーティングが施されたものや、アルミ合金の直摺動とするものも存在する。
一方で、シリンダの内周面に耐摩耗性に優れる溶射やめっき等のコーティングが施されたものや、アルミ合金の直摺動とするものも存在する。
これら、いずれの構造においても、ＣＯ２排出量および化石燃料の使用量削減が要求されており、そのため、シリンダ内周面の粗さ、構造制御による摩擦低減技術が検討されている。
例えば特許文献１には、複雑な加工を行うことなく摩擦平均有効圧を低減させることが可能な内燃機関のシリンダとして、その内壁面を上方領域と下方領域と、行程中央部領域に画成し、行程中央部領域の表面粗さは、上方領域及び下方領域の表面粗さよりも大きいシリンダ、が開示されている。
特許文献２にはホーニング加工されたシリンダライナの内周表面において、軸方向にうねりを有することで、ピストンとシリンダライナ間の潤滑状態が良好に維持されることが開示されている。
また特許文献３には、シリンダライナのピストンリング摺動面に、該ピストンリングの摺動方向に沿って波状の凹凸面で形成され、第１ピストンリングの摺動行程の中央部近傍においてウェーブを最も深く形成することで、シリンダライナの潤滑性能を改善させることが開示されている。
更に特許文献４には、シリンダ内壁面のうち行程中央部領域に凹部が形成され、行程中央部領域の面積のうち全凹部の面積の合計を１～８０％とし、行程中央部領域以外の領域には凹部が形成されていない内壁面とすることで、ピストンリングとシリンダ内壁面との往復動摩擦を低減させることが開示されている。
特許文献２にはホーニング加工されたシリンダライナの内周表面において、軸方向にうねりを有することで、ピストンとシリンダライナ間の潤滑状態が良好に維持されることが開示されている。
また特許文献３には、シリンダライナのピストンリング摺動面に、該ピストンリングの摺動方向に沿って波状の凹凸面で形成され、第１ピストンリングの摺動行程の中央部近傍においてウェーブを最も深く形成することで、シリンダライナの潤滑性能を改善させることが開示されている。
更に特許文献４には、シリンダ内壁面のうち行程中央部領域に凹部が形成され、行程中央部領域の面積のうち全凹部の面積の合計を１～８０％とし、行程中央部領域以外の領域には凹部が形成されていない内壁面とすることで、ピストンリングとシリンダ内壁面との往復動摩擦を低減させることが開示されている。
上記特許文献１には、シリンダライナの内壁面と、ピストンリングとの摺動速度が大きい領域である行程中央部領域では、摩擦損失における潤滑油のせん断抵抗の影響が大きくなることがわかる、と記載されており、内燃機関の摩擦損失は、仕事量の大きな行程中央部付近において顕著である。そこで、オイル消費（ＬＯＣ）性能を悪化させることなく、行程中央部付近の摩擦を低減させることが、ＣＯ２排出量の削減には有効であり、上記特許文献１では、行程中央部の表面粗さを大きくすることが提案されている。しかしながら、砥石を調整したホーニング加工後プラトー加工により形成したプラトー面の表面粗さでは、摩擦低減効果が十分に得られず、改善の余地があった。
また、上記特許文献２のように、シリンダの内周表面に単にうねりが存在し、軸方向にうねりピッチが１０～２０ｍｍであり、うねり深さが１～５μｍでは、ピストンリングの挙動に影響を及ぼす可能があり、摩擦低減の効果が十分に得られず、改善の余地があった。
また、上記特許文献３のように、シリンダライナの内面のウェーブ深さが０．００５～０．１ｍｍでは、オイル消費性能と摩擦特性が悪化する虞があった。
更に、上記特許文献４のように、複数個形成された凹部の面の最大高さＲｙが０．１μｍ以上３０μｍ以下では、摩擦低減の効果が十分に得られず、改善の余地があった。
本発明では、既に提案されたものとは異なる方法で、より高い摩擦低減効果を得ることができるシリンダを提供することを課題とする。
また、上記特許文献２のように、シリンダの内周表面に単にうねりが存在し、軸方向にうねりピッチが１０～２０ｍｍであり、うねり深さが１～５μｍでは、ピストンリングの挙動に影響を及ぼす可能があり、摩擦低減の効果が十分に得られず、改善の余地があった。
また、上記特許文献３のように、シリンダライナの内面のウェーブ深さが０．００５～０．１ｍｍでは、オイル消費性能と摩擦特性が悪化する虞があった。
更に、上記特許文献４のように、複数個形成された凹部の面の最大高さＲｙが０．１μｍ以上３０μｍ以下では、摩擦低減の効果が十分に得られず、改善の余地があった。
本発明では、既に提案されたものとは異なる方法で、より高い摩擦低減効果を得ることができるシリンダを提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を進め、シリンダ内周面のうち行程中央領域において、ホーニング加工溝を有するとともに、ホーニング加工溝よりも溝幅及び溝深さが大きい凹溝を一定数以上有するように表面加工することで、高い摩擦低減効果を得られることを見出し、本発明を完成させた。
本発明は、シリンダ内周面に溝加工を有するシリンダであって、
前記溝加工は、ホーニング加工溝、及び該ホーニング加工溝よりも溝幅及び溝深さが大きい凹溝を含み、
前記ホーニング加工溝及び前記凹溝はシリンダ周方向に延在し、且つシリンダ軸方向と垂直な方向に対して傾斜角を有し、
前記シリンダ内周面は、クランク角５０°以上１４０°以下におけるオイルリングの摺動領域において、シリンダ軸方向に、前記凹溝が４カ所以上存在する４ｍｍの長さを選択し得る、シリンダである。
前記溝加工は、ホーニング加工溝、及び該ホーニング加工溝よりも溝幅及び溝深さが大きい凹溝を含み、
前記ホーニング加工溝及び前記凹溝はシリンダ周方向に延在し、且つシリンダ軸方向と垂直な方向に対して傾斜角を有し、
前記シリンダ内周面は、クランク角５０°以上１４０°以下におけるオイルリングの摺動領域において、シリンダ軸方向に、前記凹溝が４カ所以上存在する４ｍｍの長さを選択し得る、シリンダである。
前記ホーニング加工溝及び前記凹溝は、上記クランク角５０°以上１４０°以下におけるオイルリングの摺動領域において、凹溝同士が交差する箇所を有する形態が好ましい。
また、前記選択された４ｍｍの長さにおいて、更に以下の（ｉ）～（ｖｉ）に示すパラメータのうち、少なくとも１つを満たすことが好ましい。
（ｉ）包絡うねり曲線のうねりモチーフの平均深さＷが０．２８μｍ以上である、
（ｉｉ）（包絡うねり曲線のうねりモチーフの平均深さＷ）×（うねりモチーフの平均長さＡＷ）が８０μｍ２以上３００μｍ２以下である、
（ｉｉｉ）（包絡うねり曲線のコア部のレベル差Ｒｋｅ）／（粗さ曲線のコア部のレベル差Ｒｋ）が０．６以下である、
（ｉｖ）（包絡うねり曲線の突出谷部の平均深さＲｖｋｅ）／（粗さ曲線の突出谷部の平均深さＲｖｋ）が０．９以下である、
（ｖ）（包絡うねり曲線の、突出山部の平均高さＲｐｋｅ＋コア部のレベル差Ｒｋｅ＋突出谷部の平均深さＲｖｋｅ）／（粗さ曲線の、突出山部の平均高さＲｐｋ＋コア部のレベル差Ｒｋ＋突出谷部の平均深さＲｖｋ）が０．９以下である、
（ｖｉ）（包絡うねり曲線の突出谷部の平均深さＲｖｋｅ）／（包絡うねり曲線のうねりモチーフの平均深さＷ）が１．０以下である。
（ｉ）包絡うねり曲線のうねりモチーフの平均深さＷが０．２８μｍ以上である、
（ｉｉ）（包絡うねり曲線のうねりモチーフの平均深さＷ）×（うねりモチーフの平均長さＡＷ）が８０μｍ２以上３００μｍ２以下である、
（ｉｉｉ）（包絡うねり曲線のコア部のレベル差Ｒｋｅ）／（粗さ曲線のコア部のレベル差Ｒｋ）が０．６以下である、
（ｉｖ）（包絡うねり曲線の突出谷部の平均深さＲｖｋｅ）／（粗さ曲線の突出谷部の平均深さＲｖｋ）が０．９以下である、
（ｖ）（包絡うねり曲線の、突出山部の平均高さＲｐｋｅ＋コア部のレベル差Ｒｋｅ＋突出谷部の平均深さＲｖｋｅ）／（粗さ曲線の、突出山部の平均高さＲｐｋ＋コア部のレベル差Ｒｋ＋突出谷部の平均深さＲｖｋ）が０．９以下である、
（ｖｉ）（包絡うねり曲線の突出谷部の平均深さＲｖｋｅ）／（包絡うねり曲線のうねりモチーフの平均深さＷ）が１．０以下である。
また、前記シリンダ内周面は、上死点（ＴＤＣ）を含むクランク角０°以上５０°未満におけるオイルリングの摺動領域において、シリンダ軸方向に、前記凹溝が４カ所以上存在する４ｍｍの長さを選択できない形態が好ましい。
本発明のように行程中央領域に、ホーニング加工溝に加えて凹溝を形成させることによ
り、摺動面の摩擦を従来水準よりも低減させて燃費を改善できるシリンダを提供できる。そして、好ましい形態として、上死点（ＴＤＣ）付近には凹溝を少なくする、または凹溝を存在させないことで、オイル消費性能との両立を図ることができる。
り、摺動面の摩擦を従来水準よりも低減させて燃費を改善できるシリンダを提供できる。そして、好ましい形態として、上死点（ＴＤＣ）付近には凹溝を少なくする、または凹溝を存在させないことで、オイル消費性能との両立を図ることができる。
本発明の一実施形態は、シリンダ内周面に溝加工を有するシリンダであって、前記溝加工は、ホーニング加工溝、及び該ホーニング加工溝よりも溝幅及び溝深さが大きい凹溝を含み、前記ホーニング加工溝及び前記凹溝はシリンダ周方向に延在し、且つシリンダ軸方向と垂直な方向に対して傾斜角を有し、前記シリンダ内周面は、クランク角５０°以上１４０°以下におけるオイルリングの摺動領域（以下、中央領域とも称する。）において、シリンダ軸方向に、前記凹溝が４カ所以上存在する４ｍｍの長さを選択し得る、シリンダである。本実施形態について、図１を用いて説明する。
図１は、シリンダライナの断面図である。シリンダは、鋳鉄製のシリンダライナをアルミ合金製ブロックで鋳包んだ構造であってよく、鋳鉄製モノブロック構造であってよく、鋳鉄製乾式ライナまたは鋳鉄製湿式ライナを挿入した構造であってもよいが、以下シリンダライナを用いる形態で説明を行う。
シリンダライナ１０は、典型的には鋳鉄製のシリンダライナであるが、アルミニウム合金や銅合金により形成されてもよく、その材質は特段限定されない。
シリンダライナ１０は、典型的には鋳鉄製のシリンダライナであるが、アルミニウム合金や銅合金により形成されてもよく、その材質は特段限定されない。
シリンダライナ１０は、内燃機関のシリンダブロックに設置されて、その内部をピストンが図１に記載の上下方向（シリンダライナ軸方向）に摺動する。なお、図１において、燃焼室側が図中「上」であり、クランク室側が図中「下」である。
図１に記載の一点鎖線１はオイルリングの上死点（ＴＤＣ）を、一点鎖線２はオイルリングの下死点（ＢＤＣ）を示す。
図１に記載の一点鎖線１はオイルリングの上死点（ＴＤＣ）を、一点鎖線２はオイルリングの下死点（ＢＤＣ）を示す。
図１のシリンダライナ１０の内周面は溝加工を有し、溝加工はホーニング加工溝、及び該ホーニング加工溝よりも溝幅及び溝深さが大きい凹溝を含む。
ホーニング加工溝は、既知の方法によりホーニングされた加工溝であってよく、ホーニング加工の回数や、ホーニング加工で用いる砥石の形状、種類、粒度等は特に限定されない。また、ホーニング加工によりシリンダライナの内周面にクロスハッチが形成されてもよい。クロスハッチを形成する場合、その角度（鋭角）は２°以上が好ましく、５°以上であってよく、１０°以上であってよい。また通常６０°以下であり、４５°以下であってよく、３０°以下であってよく、１５°以下であってよい。
ホーニング加工溝は、既知の方法によりホーニングされた加工溝であってよく、ホーニング加工の回数や、ホーニング加工で用いる砥石の形状、種類、粒度等は特に限定されない。また、ホーニング加工によりシリンダライナの内周面にクロスハッチが形成されてもよい。クロスハッチを形成する場合、その角度（鋭角）は２°以上が好ましく、５°以上であってよく、１０°以上であってよい。また通常６０°以下であり、４５°以下であってよく、３０°以下であってよく、１５°以下であってよい。
ホーニング加工溝よりも溝幅及び溝深さが大きい凹溝は、例えばシリンダライナ表面を研削すること、塑性加工すること、エッチングすること、レーザー加工すること、などにより形成することができる。本実施形態では、オイルポケットとなり得る凹溝を形成することで、ピストン、ピストンリングとの摺動時の接触面積を低減させ、油膜のせん断抵抗を低減することができる。
凹溝は、ホーニング加工溝よりも溝幅及び溝深さが大きい限り、特にその大きさは限定されないが、例えば溝幅は通常１００～３００μｍであり、３０μｍ以上であってよく、５０μｍ以上であってよく、８００μｍ以下であってよく、５００μｍ以下であってよい。溝深さは通常１．０～２．０μｍであり、０．５μｍ以上であってよく、０．７μｍ以
上であってよく、３．０μｍ以下であってよく、２．５μｍ以下であってよい。一例では溝幅が２００μｍ程度であり、深さが１．０μｍ程度である。
凹溝は、ホーニング加工溝よりも溝幅及び溝深さが大きい限り、特にその大きさは限定されないが、例えば溝幅は通常１００～３００μｍであり、３０μｍ以上であってよく、５０μｍ以上であってよく、８００μｍ以下であってよく、５００μｍ以下であってよい。溝深さは通常１．０～２．０μｍであり、０．５μｍ以上であってよく、０．７μｍ以
上であってよく、３．０μｍ以下であってよく、２．５μｍ以下であってよい。一例では溝幅が２００μｍ程度であり、深さが１．０μｍ程度である。
本実施形態では仕事量の大きい行程中央付近において摩擦を低減させるため、シリンダライナ１０の内周面のうち、クランク角５０°以上１４０°以下におけるオイルリング摺動領域である中央領域３において、上記凹溝を有する。このことについて、図２を用いて説明する。
図２は、図１の中央領域３における破線領域４を拡大した拡大模式図である。
破線領域４は、図中細線で表されるホーニング加工溝と、図中太線で表される凹溝を有する。ホーニング加工溝及び凹溝は、シリンダの周方向に延在しており、且つシリンダ軸方向と垂直な方向に対して傾斜角を有する。ホーニング加工溝の傾斜角の角度は特に限定されない。
一方で、凹溝の傾斜角も特に限定されないが、２°以上であってよく、５°以上であってよく、１０°以上であってよい。また通常６０°以下であり、４５°以下であってよく、３０°以下であってよく、１５°以下であってよい。なお、凹溝は、上記クランク角５０°以上１４０°以下におけるオイルリングの摺動領域において、凹溝同士が交差することで、摺動環境がより均一となるため好ましい。
破線領域４は、図中細線で表されるホーニング加工溝と、図中太線で表される凹溝を有する。ホーニング加工溝及び凹溝は、シリンダの周方向に延在しており、且つシリンダ軸方向と垂直な方向に対して傾斜角を有する。ホーニング加工溝の傾斜角の角度は特に限定されない。
一方で、凹溝の傾斜角も特に限定されないが、２°以上であってよく、５°以上であってよく、１０°以上であってよい。また通常６０°以下であり、４５°以下であってよく、３０°以下であってよく、１５°以下であってよい。なお、凹溝は、上記クランク角５０°以上１４０°以下におけるオイルリングの摺動領域において、凹溝同士が交差することで、摺動環境がより均一となるため好ましい。
本実施形態では、シリンダ軸方向に、凹溝が４カ所以上存在するように４ｍｍの長さ４１を選択することができる。図２において長さ４１には凹溝が５カ所存在する。このように、単にシリンダ内周面に凹溝を有するのではなく、中央領域においてシリンダ軸方向に、前記凹溝が４カ所以上存在する４ｍｍの長さを選択し得るよう、凹溝を形成することで、ピストン、ピストンリングとの摺動時の接触面積を低減させ、油膜のせん断抵抗を低減することができる。
凹溝が５カ所以上存在するように４ｍｍの長さ４１を選択することができる形態でもよく、凹溝が６カ所以上存在する形態でもよい。一方で凹溝が多すぎるとオイル消費性能が悪化する場合があることから、長さ４ｍｍに存在する凹溝の上限は２０カ所以下であることが好ましい。
凹溝が５カ所以上存在するように４ｍｍの長さ４１を選択することができる形態でもよく、凹溝が６カ所以上存在する形態でもよい。一方で凹溝が多すぎるとオイル消費性能が悪化する場合があることから、長さ４ｍｍに存在する凹溝の上限は２０カ所以下であることが好ましい。
なお、凹溝は、シリンダ内周面の真円度を測定した際に、外周側に向かって陥没して検出されることから、シリンダ内周面の真円度を測定することでも、凹溝の存在を把握することができる。
前記選択された４ｍｍの長さにおいて、更に以下の（ｉ）～（ｖｉ）に示すパラメータのうち、少なくとも１つを満たすことが好ましい。
（ｉ）包絡うねり曲線のうねりモチーフの平均深さＷが０．２８μｍ以上である、
（ｉｉ）（包絡うねり曲線のうねりモチーフの平均深さＷ）×（うねりモチーフの平均長さＡＷ）が８０μｍ２以上３００μｍ２以下である、
（ｉｉｉ）（包絡うねり曲線のコア部のレベル差Ｒｋｅ）／（粗さ曲線のコア部のレベル差Ｒｋ）が０．６以下である、
（ｉｖ）（包絡うねり曲線の突出谷部の平均深さＲｖｋｅ）／（粗さ曲線の突出谷部の平均深さＲｖｋ）が０．９以下である、
（ｖ）（包絡うねり曲線の、突出山部の平均高さＲｐｋｅ＋コア部のレベル差Ｒｋｅ＋突出谷部の平均深さＲｖｋｅ）／（粗さ曲線の、突出山部の平均高さＲｐｋ＋コア部のレベル差Ｒｋ＋突出谷部の平均深さＲｖｋ）が０．９以下である、
（ｖｉ）（包絡うねり曲線の突出谷部の平均深さＲｖｋｅ）／（包絡うねり曲線のうねりモチーフの平均深さＷ）が１．０以下である。
（ｉ）包絡うねり曲線のうねりモチーフの平均深さＷが０．２８μｍ以上である、
（ｉｉ）（包絡うねり曲線のうねりモチーフの平均深さＷ）×（うねりモチーフの平均長さＡＷ）が８０μｍ２以上３００μｍ２以下である、
（ｉｉｉ）（包絡うねり曲線のコア部のレベル差Ｒｋｅ）／（粗さ曲線のコア部のレベル差Ｒｋ）が０．６以下である、
（ｉｖ）（包絡うねり曲線の突出谷部の平均深さＲｖｋｅ）／（粗さ曲線の突出谷部の平均深さＲｖｋ）が０．９以下である、
（ｖ）（包絡うねり曲線の、突出山部の平均高さＲｐｋｅ＋コア部のレベル差Ｒｋｅ＋突出谷部の平均深さＲｖｋｅ）／（粗さ曲線の、突出山部の平均高さＲｐｋ＋コア部のレベル差Ｒｋ＋突出谷部の平均深さＲｖｋ）が０．９以下である、
（ｖｉ）（包絡うねり曲線の突出谷部の平均深さＲｖｋｅ）／（包絡うねり曲線のうねりモチーフの平均深さＷ）が１．０以下である。
（ｉ）の平均深さＷを充足することで、保油性を高めることができ、好ましい。平均深さ
Ｗは０．４以上であることが好ましく、上限は特に限定されないが通常１．０以下である。
（ｉｉ）のＷ×ＡＷの値を充足することで、更なる摩擦低減効果を得ることができ、好ましい。Ｗ×ＡＷの値は９０以上であることが好ましく、２７０以下であることが好ましい。
（ｉｉｉ）のＲｋｅ／Ｒｋの値を充足することで、更なる摩擦低減効果を得ることができ、好ましい。Ｒｋｅ／Ｒｋの値は０．５以下であることが好ましく、下限は特に限定されないが、通常０．１以上である。
（ｉｖ）のＲｖｋｅ／Ｒｖｋの値を充足することで、油膜のせん断抵抗を低減することができ、好ましい。Ｒｖｋｅ／Ｒｖｋの値は０．７以下であることが好ましく、下限は特に限定されないが、通常０．０５以上である。
（ｖ）の（Ｒｐｋｅ＋Ｒｋｅ＋Ｒｖｋｅ）／（Ｒｐｋ＋Ｒｋ＋Ｒｖｋ）の値を充足することで、シリンダ表面の凹溝の形状が好適なものとなり、好ましい。（Ｒｐｋｅ＋Ｒｋｅ＋Ｒｖｋｅ）／（Ｒｐｋ＋Ｒｋ＋Ｒｖｋ）の値は０．７５以下であることが好ましく、下限は特に限定されないが、通常０．１以上である。
（ｖｉ）のＲｖｋｅ／Ｗの値を充足する、すなわち従来のホーニング加工を施したシリンダ内周面よりもＷに対してＲｖｋｅの値を小さくすることで、摩擦低減効果を得ることができ、好ましい。Ｒｖｋｅ／Ｗは０．７５以下であることが好ましく、下限は特に限定されないが、通常０．１以上である。
Ｗは０．４以上であることが好ましく、上限は特に限定されないが通常１．０以下である。
（ｉｉ）のＷ×ＡＷの値を充足することで、更なる摩擦低減効果を得ることができ、好ましい。Ｗ×ＡＷの値は９０以上であることが好ましく、２７０以下であることが好ましい。
（ｉｉｉ）のＲｋｅ／Ｒｋの値を充足することで、更なる摩擦低減効果を得ることができ、好ましい。Ｒｋｅ／Ｒｋの値は０．５以下であることが好ましく、下限は特に限定されないが、通常０．１以上である。
（ｉｖ）のＲｖｋｅ／Ｒｖｋの値を充足することで、油膜のせん断抵抗を低減することができ、好ましい。Ｒｖｋｅ／Ｒｖｋの値は０．７以下であることが好ましく、下限は特に限定されないが、通常０．０５以上である。
（ｖ）の（Ｒｐｋｅ＋Ｒｋｅ＋Ｒｖｋｅ）／（Ｒｐｋ＋Ｒｋ＋Ｒｖｋ）の値を充足することで、シリンダ表面の凹溝の形状が好適なものとなり、好ましい。（Ｒｐｋｅ＋Ｒｋｅ＋Ｒｖｋｅ）／（Ｒｐｋ＋Ｒｋ＋Ｒｖｋ）の値は０．７５以下であることが好ましく、下限は特に限定されないが、通常０．１以上である。
（ｖｉ）のＲｖｋｅ／Ｗの値を充足する、すなわち従来のホーニング加工を施したシリンダ内周面よりもＷに対してＲｖｋｅの値を小さくすることで、摩擦低減効果を得ることができ、好ましい。Ｒｖｋｅ／Ｗは０．７５以下であることが好ましく、下限は特に限定されないが、通常０．１以上である。
なお、Ｒｋｅ、Ｒｖｋｅ、Ｒｐｋｅ、Ｗ、ＡＷを含むモチーフパラメータの測定は、ＩＳＯ１２０８５に準じて行われ、シリンダ周方向４カ所で計測した値の平均を採用する。なお、ＩＳＯに規定される評価長さは３．２ｍｍであり、測定対象である４ｍｍのうち、任意の３．２ｍｍにおいて測定すればよい。
Ｒｋ、Ｒｖｋ、Ｒｐｋを含む粗さパラメータの測定条件は、ＩＳＯ４２８７に準じて行われ、シリンダ周方向４カ所で計測した値の平均を採用する。なお、ＩＳＯに規定される評価長さは４．０ｍｍである。
Ｒｋ、Ｒｖｋ、Ｒｐｋを含む粗さパラメータの測定条件は、ＩＳＯ４２８７に準じて行われ、シリンダ周方向４カ所で計測した値の平均を採用する。なお、ＩＳＯに規定される評価長さは４．０ｍｍである。
本実施形態に係るシリンダライナの内周面は、上記中央領域３において、ホーニング加工溝及び凹溝が特定の要件を充足して存在する限り、それ以外の部分は特に限定されない。内周面全面がホーニング加工されていてもよく、溶射による溶射被膜等の被膜処理を有していてもよい。
そのうち、前記シリンダ内周面は、上死点（ＴＤＣ）を含むクランク角０°以上５０°未満におけるオイルリングの摺動領域（以下、上死点領域とも称する。図１においては符号５の領域である。）において、シリンダ軸方向に、前記凹溝が４カ所以上存在する４ｍｍの長さを選択できない形態が、オイル消費を低減する観点から好ましく、前記凹溝が存在しない形態であることがより好ましい。
加えて、下死点（ＢＤＣ）を含むクランク角１４０°を超え１８０°以下におけるオイルリングの摺動領域（以下、下死点領域とも称する。図１においては符号６の領域である。）において、シリンダ軸方向に、前記凹溝が４カ所以上存在する４ｍｍの長さを選択できない形態が好ましい。また、下死点領域に凹溝が存在する場合、凹溝が油圧の発生を妨げることから、摩擦特性が悪化する場合があるため、凹溝が存在しない形態であることがより好ましい。
なお、中央領域３のうち、特にクランク角が８０°～１１０°におけるオイルリングの摺動領域において、シリンダ軸方向に、前記凹溝が４カ所以上存在する４ｍｍの長さを選択し得ることが、更なる摩擦低減効果を得る観点から好ましい。
加えて、下死点（ＢＤＣ）を含むクランク角１４０°を超え１８０°以下におけるオイルリングの摺動領域（以下、下死点領域とも称する。図１においては符号６の領域である。）において、シリンダ軸方向に、前記凹溝が４カ所以上存在する４ｍｍの長さを選択できない形態が好ましい。また、下死点領域に凹溝が存在する場合、凹溝が油圧の発生を妨げることから、摩擦特性が悪化する場合があるため、凹溝が存在しない形態であることがより好ましい。
なお、中央領域３のうち、特にクランク角が８０°～１１０°におけるオイルリングの摺動領域において、シリンダ軸方向に、前記凹溝が４カ所以上存在する４ｍｍの長さを選択し得ることが、更なる摩擦低減効果を得る観点から好ましい。
本実施形態のシリンダ内周面を形成するにあっては、上記要件を充足するように、ホーニング加工溝、及び凹溝を形成する手段を適宜適用すればよい。
なお、シリンダライナを配置しないシリンダブロックであっても、シリンダライナの内周面と同様に、シリンダブロックの内周面を加工することができる。
なお、シリンダライナを配置しないシリンダブロックであっても、シリンダライナの内周面と同様に、シリンダブロックの内周面を加工することができる。
シリンダのボア径は特段限定されず、様々なボア径のシリンダに対し上記凹溝形状を適用できるが、製造面からボア径は５０ｍｍ以上であることが好ましく、６０ｍｍ以上であることがより好ましく、また２５０ｍｍ以下であることが好ましく、２００ｍｍ以下であることがより好ましい。
以下、本発明について、実施例により詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
鋳鉄材を用いて、内径（ボア径）φ８３ｍｍ、肉厚１．５ｍｍのシリンダライナを準備した。このシリンダライナの内周面は、ホーニング加工（クロスハッチ：鋭角２０°）によりＲｖｋが０．０５～０．０７（実施例１～３）、０．３９～０．４４（実施例４～５）、０．５２～０．５４（実施例６～９）、となるように仕上げた。
（実施例１～９）
次に、シリンダライナにピストンリングを装着したピストンの、オイルリングの上死点の位置をクランク角０°、オイルリングの下死点の位置をクランク角１８０°として、シリンダライナ内周面におけるクランク角８０°以上１１０°以下の摺動領域に対し、実施例１～３は粗さを小さく、鏡面状態に近くなるまでホーニング加工し、実施例４～９は通常の粗さとなるようホーニング加工を施し、その後、ホーニング加工溝よりも溝幅及び溝深さが大きい凹溝を形成した。なお、実施例１～３は、凹溝の深さを適宜変更し、また、実施例４～９は、凹溝の深さを均一とした。
なお、凹溝の形成は、シリンダライナ軸方向と垂直な方向に対し、平均２．５°の傾斜角を有していた。また、上記加工により、実施例１～９に係るシリンダライナのクランク角８０°以上１１０°以下の領域において、シリンダ軸方向に、凹溝が４カ所以上存在する４ｍｍの長さを選択することができた。一方で、実施例１～９に係るシリンダライナのクランク角０°以上５０°未満の領域、及び１４０°を超え１８０°以下の領域において、シリンダ軸方向に、凹溝が４カ所以上存在する４ｍｍの長さを選択することができなかった。
次に、シリンダライナにピストンリングを装着したピストンの、オイルリングの上死点の位置をクランク角０°、オイルリングの下死点の位置をクランク角１８０°として、シリンダライナ内周面におけるクランク角８０°以上１１０°以下の摺動領域に対し、実施例１～３は粗さを小さく、鏡面状態に近くなるまでホーニング加工し、実施例４～９は通常の粗さとなるようホーニング加工を施し、その後、ホーニング加工溝よりも溝幅及び溝深さが大きい凹溝を形成した。なお、実施例１～３は、凹溝の深さを適宜変更し、また、実施例４～９は、凹溝の深さを均一とした。
なお、凹溝の形成は、シリンダライナ軸方向と垂直な方向に対し、平均２．５°の傾斜角を有していた。また、上記加工により、実施例１～９に係るシリンダライナのクランク角８０°以上１１０°以下の領域において、シリンダ軸方向に、凹溝が４カ所以上存在する４ｍｍの長さを選択することができた。一方で、実施例１～９に係るシリンダライナのクランク角０°以上５０°未満の領域、及び１４０°を超え１８０°以下の領域において、シリンダ軸方向に、凹溝が４カ所以上存在する４ｍｍの長さを選択することができなかった。
選択された、凹溝が４カ所以上存在する長さについて、シリンダライナ内周面の輪郭曲線を取得し、Ｒｋ、Ｒｐｋ、Ｒｖｋ，Ｒｋｅ、Ｒｐｋｅ、Ｒｖｋｅ、Ｗ、ＡＷの値をそれぞれ算出した。結果を表１に示す。
（比較例１～５）
表面にホーニング加工を施すことで、表２の粗さとなるように、シリンダライナの内周表面を加工した。なお、比較例１～５に係るシリンダライナの表面のいずれの領域においても、シリンダ軸方向に、凹溝が４カ所以上存在する４ｍｍの長さを選択することができなかった。
表面にホーニング加工を施すことで、表２の粗さとなるように、シリンダライナの内周表面を加工した。なお、比較例１～５に係るシリンダライナの表面のいずれの領域においても、シリンダ軸方向に、凹溝が４カ所以上存在する４ｍｍの長さを選択することができなかった。
上記得られた実施例１～９及び比較例１～５に係るシリンダライナに対し、以下のフリクション試験を実施した。
＜フリクション試験＞
フリクション試験は単気筒浮動ライナ試験機（１サイクル中のピストン、ピストンリングのフリクション変化をとらえる試験機）にて大気開放モータリング評価にて実施した。フリクション試験においては、ボア径８３ｍｍでストローク８６ｍｍのクランク式単気筒モータリング試験機２０（浮動ライナ方式）を使用した。図３に、フリクション試験に用
いたクランク式単気筒モータリング試験機の断面模式図を示す。シリンダライナ２１はストッパ２３により径方向の挙動が制限され、軸方向のみ可動できる構造である。シリンダライナ２１に取り付けられたセンサ２４によりシリンダライナ２１に作用する軸方向の摺動摩擦力を検出する。この摺動摩擦力の１サイクル当たりの摩擦トルクを排気量で除した摩擦平均有効圧力（ＦＭＥＰ：Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｍｅａｎ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）により評価した。
試験条件は冷却水温が８０℃、エンジンオイルの温度が８０℃とし、エンジンオイルが１０Ｗ－３０（粘度分類：ＳＡＥ Ｊ３００）を用い、評価回転数は６００ｒｐｍから２０００ｒｐｍの間を測定した。
これらの結果より、当該領域に適切に凹溝を形成することで、摩擦を低減させることができた。
＜フリクション試験＞
フリクション試験は単気筒浮動ライナ試験機（１サイクル中のピストン、ピストンリングのフリクション変化をとらえる試験機）にて大気開放モータリング評価にて実施した。フリクション試験においては、ボア径８３ｍｍでストローク８６ｍｍのクランク式単気筒モータリング試験機２０（浮動ライナ方式）を使用した。図３に、フリクション試験に用
いたクランク式単気筒モータリング試験機の断面模式図を示す。シリンダライナ２１はストッパ２３により径方向の挙動が制限され、軸方向のみ可動できる構造である。シリンダライナ２１に取り付けられたセンサ２４によりシリンダライナ２１に作用する軸方向の摺動摩擦力を検出する。この摺動摩擦力の１サイクル当たりの摩擦トルクを排気量で除した摩擦平均有効圧力（ＦＭＥＰ：Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｍｅａｎ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）により評価した。
試験条件は冷却水温が８０℃、エンジンオイルの温度が８０℃とし、エンジンオイルが１０Ｗ－３０（粘度分類：ＳＡＥ Ｊ３００）を用い、評価回転数は６００ｒｐｍから２０００ｒｐｍの間を測定した。
これらの結果より、当該領域に適切に凹溝を形成することで、摩擦を低減させることができた。
１０ シリンダライナ
１ オイルリングの上死点（ＴＤＣ）
２ オイルリングの下死点（ＢＤＣ）
３ 中央領域
４ 破線領域
４１ 長さ
５ 上死点領域
６ 下死点領域
２０ クランク式単気筒モータリング試験機
２１ シリンダライナ
２３ ストッパ
２４ センサ
１ オイルリングの上死点（ＴＤＣ）
２ オイルリングの下死点（ＢＤＣ）
３ 中央領域
４ 破線領域
４１ 長さ
５ 上死点領域
６ 下死点領域
２０ クランク式単気筒モータリング試験機
２１ シリンダライナ
２３ ストッパ
２４ センサ
Claims (7)
- シリンダ内周面に溝加工する工程、を有するシリンダの製造方法であって、
前記溝加工は、ホーニング加工溝と、塑性加工によって形成された加工溝であって、該ホーニング加工溝よりも溝幅及び溝深さが大きい凹溝と、を含み、
前記ホーニング加工溝及び前記凹溝はシリンダ周方向に延在し、且つシリンダ軸方向と垂直な方向に対して傾斜角を有し、
前記シリンダ内周面は、クランク角５０°以上１４０°以下におけるオイルリングの摺動領域において、
凹溝同士が交差する箇所を有し、
シリンダ軸方向に、前記凹溝が４カ所以上存在する４ｍｍの長さを選択し得て、
前記選択された４ｍｍの長さにおいて、（包絡うねり曲線の突出谷部の平均深さＲｖｋｅ）／（包絡うねり曲線のうねりモチーフの平均深さＷ）が１．０以下である、
シリンダの製造方法。 - 前記選択された４ｍｍの長さにおいて、包絡うねり曲線のうねりモチーフの平均深さＷが０．２８μｍ以上である、請求項１に記載のシリンダの製造方法。
- 前記選択された４ｍｍの長さにおいて、（包絡うねり曲線のうねりモチーフの平均深さＷ）×（うねりモチーフの平均長さＡＷ）が８０μｍ２以上３００μｍ２以下である、請求項１又は２に記載のシリンダの製造方法。
- 前記選択された４ｍｍの長さにおいて、（包絡うねり曲線のコア部のレベル差Ｒｋｅ）／（粗さ曲線のコア部のレベル差Ｒｋ）が０．６以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載のシリンダの製造方法。
- 前記選択された４ｍｍの長さにおいて、（包絡うねり曲線の突出谷部の平均深さＲｖｋｅ
）／（粗さ曲線の突出谷部の平均深さＲｖｋ）が０．９以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載のシリンダの製造方法。 - 前記選択された４ｍｍの長さにおいて、（包絡うねり曲線の、突出山部の平均高さＲｐｋｅ＋コア部のレベル差Ｒｋｅ＋突出谷部の平均深さＲｖｋｅ）／（粗さ曲線の、突出山部の平均高さＲｐｋ＋コア部のレベル差Ｒｋ＋突出谷部の平均深さＲｖｋ）が０．９以下である、請求項１～５のいずれか１項に記載のシリンダの製造方法。
- 前記シリンダ内周面は、上死点（ＴＤＣ）を含むクランク角０°以上５０°未満におけるオイルリングの摺動領域において、シリンダ軸方向に、前記凹溝が４カ所以上存在する４ｍｍの長さを選択できない、請求項１～６のいずれか１項に記載のシリンダの製造方法。
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