JPH0232462B2 - ENJINNOSHIRINDASOCHI - Google Patents

ENJINNOSHIRINDASOCHI

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JPH0232462B2
JPH0232462B2 JP19816681A JP19816681A JPH0232462B2 JP H0232462 B2 JPH0232462 B2 JP H0232462B2 JP 19816681 A JP19816681 A JP 19816681A JP 19816681 A JP19816681 A JP 19816681A JP H0232462 B2 JPH0232462 B2 JP H0232462B2
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JP
Japan
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cylinder
ring
piston
top ring
surface roughness
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JP19816681A
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Japanese (ja)
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JPS5898643A (en
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Yasuo Matsumoto
Kaoru Katayama
Seinosuke Hara
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J10/00Engine or like cylinders; Features of hollow, e.g. cylindrical, bodies in general
    • F16J10/02Cylinders designed to receive moving pistons or plungers
    • F16J10/04Running faces; Liners

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は車両などに用いられるエンジンのシリ
ンダ装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a cylinder device for an engine used in a vehicle or the like.

従来のこの種シリンダ装置として、例えば第1
図に示すものがある。同図において、1はシリン
ダブロツク2に形成されたシリンダで、このシリ
ンダ1内に三本のリング溝にトツプリング3、セ
カンドリング4、オイルリング5を装着したピス
トン6が摺動自在に収容されている。7はピスト
ンピン、8はピストンピン7に一端を枢支したコ
ンロツド、9はクランク軸、10はメインベアリ
ングキヤツプである。なお、前記トツプリング3
の断面形状は先端が円弧状に形成されている。
As a conventional cylinder device of this kind, for example, the first
There is one shown in the figure. In the figure, 1 is a cylinder formed in a cylinder block 2, and a piston 6 with a top ring 3, a second ring 4, and an oil ring 5 attached to three ring grooves is slidably accommodated in the cylinder 1. ing. 7 is a piston pin, 8 is a connecting rod whose one end is pivotally supported by the piston pin 7, 9 is a crankshaft, and 10 is a main bearing cap. In addition, the top spring 3
The cross-sectional shape of the tip is formed into an arc shape.

ところで、かかるシリンダ1とピストンリング
としての例えばトツプリング3との間の油膜厚さ
は、第2図に示すように変化することが知られて
いる(「内燃機関工学」産業図書P233)。これに
よれば油膜厚さhは潤滑油の粘性η、ピストン速
度U、トツプリング3に加わる荷重Wによつて変
化し、ピストン速度の大きい行程中間部で油膜厚
さhは最大となり、上下死点ではピストン6が一
時停止してピストン速度Uが零となるため、油膜
厚さhが零に近ずく。しかし、シリンダ1とトツ
プリング3との間に介在する潤滑油を押し出すと
き、油圧が生じるスクイズ作用によつて、油膜厚
さhが零にはならないとされていた。
By the way, it is known that the thickness of the oil film between the cylinder 1 and the piston ring, such as the top ring 3, changes as shown in FIG. 2 ("Internal Combustion Engine Engineering" Industrial Book P233). According to this, the oil film thickness h changes depending on the viscosity η of the lubricating oil, the piston speed U, and the load W applied to the top ring 3, and the oil film thickness h reaches its maximum in the middle of the stroke where the piston speed is high, and the oil film thickness h becomes vertical dead. At the point, the piston 6 temporarily stops and the piston speed U becomes zero, so the oil film thickness h approaches zero. However, when the lubricating oil present between the cylinder 1 and the top ring 3 is pushed out, the oil film thickness h does not become zero due to the squeezing action generated by the hydraulic pressure.

しかしながら、かかる従来のシリンダ装置で
は、第3図に示すように、耐焼付性やオイル消耗
量の観点から、シリンダ1の面粗度Raが0.4a程
度にホーニング加工されているため、スクイズ作
用を生じる前に、トツプリング3などのピストン
リングとシリンダ1との固体接触を生じるととも
に、上死点付近ではガス圧力が高く、特にトツプ
リング3のシリンダ1に対する摩擦力が大きくな
るという問題がある。すなわち、上死点ではピス
トン6が停止してトツプリング3とシリンダ1と
の間の油膜の形成力はなくなり、リング溝におい
てトツプリング3背面にかかるガス圧力によつ
て、トツプリング3がシリンダ1に押え付けら
れ、これらの間の潤滑油が押し出される(スクイ
ズ作用)。そしてこのスクイズ作用による負荷容
量すなわちガス圧力に抗する力は、隙間hとする
と、1/h3に比例することが知られており(「軸
受」岩波書店P91)、隙間hが小さくなると急速
に負荷容量が増大し大きなスクイズ効果が得られ
る。一方、シリンダ1およびトツプリング3の面
粗度が小さい場合、油膜厚さがスクイズ効果を加
味して予め計算されている(1976年発行「内燃機
関工学」産業図書P233)。これによれば油膜厚が
1ミクロン以下になることがある。
However, in such conventional cylinder devices, as shown in FIG. 3, from the viewpoint of seizure resistance and oil consumption, the cylinder 1 is honed to a surface roughness Ra of about 0.4a, so that the squeezing effect is reduced. Before this occurs, there is a solid contact between the piston ring such as the top ring 3 and the cylinder 1, and the gas pressure is high near the top dead center, so there is a problem that the frictional force of the top ring 3 with respect to the cylinder 1 becomes particularly large. That is, at the top dead center, the piston 6 stops and the force of forming an oil film between the top ring 3 and the cylinder 1 disappears, and the top ring 3 moves toward the cylinder 1 due to the gas pressure applied to the back surface of the top ring 3 in the ring groove. The lubricating oil between them is squeezed out (squeeze effect). It is known that the load capacity due to this squeeze action, that is, the force resisting the gas pressure, is proportional to 1/h 3 when the gap h is ("Bearing" Iwanami Shoten p.91), and as the gap h becomes smaller, the force that resists the gas pressure increases rapidly. The load capacity increases and a large squeezing effect can be obtained. On the other hand, when the surface roughness of the cylinder 1 and the top ring 3 is small, the oil film thickness is calculated in advance by taking into account the squeeze effect ("Internal Combustion Engine Engineering" Sangyo Tosho P233, published in 1976). According to this, the oil film thickness may be less than 1 micron.

一方、面粗度が0.4a程度では、いわゆる粗さの
最大高さRmaxが1.6aに相当するため、スクイズ
効果が得られず、結局前記のようにシリンダ1と
トツプリング3が固体接触して境界潤滑状態とな
り、油膜が存在するときよりも摩擦力が増大して
しまうという問題があつた。
On the other hand, when the surface roughness is about 0.4a, the so-called maximum roughness height Rmax is equivalent to 1.6a, so the squeezing effect cannot be obtained, and as a result, the cylinder 1 and the top ring 3 come into solid contact as described above. There was a problem that a boundary lubrication state was created, and the frictional force was greater than when an oil film was present.

本発明はかかる従来の問題点に着目して成され
たもので、ピストン速度が零になる上死点でトツ
プリングが停止する位置付近のシリンダ表面を平
滑にすることによつて、トツプリングとシリンダ
との間のスクイズ作用を促進して、これら相互の
摩擦力の低減を図つたエンジンのシリンダ装置を
提供するものである。
The present invention was made by focusing on such conventional problems, and by smoothing the cylinder surface near the position where the top ring stops at top dead center where the piston speed becomes zero, the top spring An object of the present invention is to provide an engine cylinder device that promotes the squeezing action between the cylinder and the cylinder and reduces the frictional force between them.

以下に、本発明のシリンダ装置の実施例を図面
について説明する。
Embodiments of the cylinder device of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第4図はその一実施例を示し、シリンダ1の面
粗度Raはトツプリング3が停止する上死点近傍
よりトツプデツキまで0.16a以下、その下方がロ
アデツキまで0.25〜0.63aに仕上げられている。
Figure 4 shows an example of this, and the surface roughness Ra of the cylinder 1 is finished to be 0.16a or less from the top dead center area where the top ring 3 stops to the top deck, and 0.25 to 0.63a below that to the lower deck. .

これによつて面粗度が0.16以下の部分では、シ
リンダ1表面の凹凸の最大高さRmaxは0.6s以下
となるため、トツプリング3の背面のガス圧力が
高くても、スクイズ効果によつてトツプリング3
とシリンダ1とは固体接触することなく、十分な
油膜が介在され、摩擦力を従来に比較して大きく
低減できる。
As a result, in areas where the surface roughness is 0.16 or less, the maximum height Rmax of the unevenness on the surface of the cylinder 1 is 0.6s or less, so even if the gas pressure on the back side of the top ring 3 is high, the squeezing effect top spring 3
There is no solid contact between the cylinder 1 and the cylinder 1, and a sufficient oil film is interposed between the cylinder 1 and the cylinder 1, so that the frictional force can be greatly reduced compared to the conventional one.

一方、前記上死点近傍以外のシリンダ1表面は
これまで通り面粗度が0.4程度に仕上げられてい
るので、潤滑油の保持力を高めて潤滑油の消費、
焼付きを抑えることができる。
On the other hand, since the surface of the cylinder 1 other than the vicinity of the top dead center is finished with a surface roughness of about 0.4 as before, the lubricating oil holding power is increased and lubricating oil consumption is reduced.
Burn-in can be suppressed.

ところで、実際の油膜厚さhの最小値は上死点
ではなく、スクイズ作用の動的効果およびガス圧
力によつてクランク角で、上死点後15゜〜20゜位と
なることが知られている(「内燃機関工学」産業
図書P233)。
By the way, it is known that the actual minimum value of the oil film thickness h is not at top dead center, but at a crank angle of 15° to 20° after top dead center due to the dynamic effect of the squeeze action and gas pressure. (“Internal Combustion Engine Engineering” Industrial Book P233).

これはピストン6の行程の2〜3%ピストン6
が下がつた位置に相当する(連かん比λ=l/r
≒3のとき)。このためシリンダ1の面粗度が変
わる境界点11はトツプリング3の厚みを考慮し
て、トツプリング3の上死点位置よりもさらにピ
ストン全ストロークの3〜5%程度下がつた位置
にすると良い。なお、このシリンダ形状はライナ
方式のシリンダブロツクに応用しも同様の効果が
得られる。
This is 2 to 3% of the stroke of piston 6.
corresponds to the lowered position (continuation ratio λ=l/r
≒3). Therefore, considering the thickness of the top ring 3, the boundary point 11 where the surface roughness of the cylinder 1 changes should be set at a position lower than the top dead center position of the top ring 3 by about 3 to 5% of the total stroke of the piston. good. Note that similar effects can be obtained when this cylinder shape is applied to a liner type cylinder block.

第5図は他の実施例を示す。これはシリンダ1
の平滑部分(面粗度が0.16a以下の部分)をトツ
プリング3が停止する位置11a付近とピストン
全ストロークの3〜5%下がつた位置11b付近
との間となし、その他の部分は面粗度0.25〜0.63
程度としたものである。これによれば、シリンダ
上部の前記位置付近11aより上部1aでの潤滑
油の保持力が向上し、シリンダ上部1aとピスト
ン6のトツプランド12の耐焼付性を向上でき
る。
FIG. 5 shows another embodiment. This is cylinder 1
The smooth part (the part with a surface roughness of 0.16a or less) is between the position 11a where the top ring 3 stops and the position 11b where the piston has dropped by 3 to 5% of the total stroke, and the other parts are smooth. Roughness 0.25~0.63
It is based on the degree. According to this, the lubricating oil retention force in the upper part 1a is improved than in the vicinity 11a of the cylinder upper part, and the seizure resistance of the cylinder upper part 1a and the top land 12 of the piston 6 can be improved.

第6図はさらに他の実施例で、シリンダ上部1
aとピストン6のトツプランド12の焼付きを防
止するため、シリンダ上部1aは大径となるよう
に僅か逃げをX設けたもので、シリンダ上部1a
の粗面度は任意に選定できるため、シリンダ1の
加工が容易となる。
FIG. 6 shows still another embodiment, in which the upper part of the cylinder 1
In order to prevent seizure of the toppland 12 of the piston 6 and the piston 6, the upper part of the cylinder 1a is provided with a slight relief X so that the diameter of the upper part of the cylinder 1a is large.
Since the roughness of the cylinder 1 can be arbitrarily selected, processing of the cylinder 1 becomes easy.

第7図はまた他の実施例である。これはシリン
ダ1の内面の材質を変え、同一ホーニング砥石に
よつて加工することにより、シリンダ1の表面の
粗さを位置によつて異らしめうる。例えば、高け
い素アルミニウムのシリンダブロツク2のシリン
ダ1において、前記トツプリング3が停止する位
置11a付近と、これより下のピストン全ストロ
ークの3〜5%下がつた位置11b付近との間の
鋳鉄リング13を鋳込み、機械加工後、ホーニン
グ砥石によつてアルミニウム面が面粗度0.25a〜
0.63aになるようにホーニング加工したもので、
鋳鉄がアルミニウムよりも硬いので、鋳鉄リング
13の面粗度はアルミニウムよりも細かく仕上が
る。この場合において、アルミニウムのシリンダ
1と鋳鉄リング13との境界の材質硬度の違いに
よる段差摩耗を防止するため、これらの境界をの
こぎり歯状14に入り組ませてある。また、シリ
ンダブロツク2を鋳鉄とした場合にはリング13
としてセラミツクを使うことができる。なお、平
滑にホーニング仕上げする部分のみに、シリコン
カーバイドなどの耐摩耗粉を押し付けておいて、
ホーニング加工すれば平滑度が迅速かつ高精度に
得られる。
FIG. 7 shows another embodiment. By changing the material of the inner surface of the cylinder 1 and machining it with the same honing stone, the roughness of the surface of the cylinder 1 can be varied depending on the position. For example, in the cylinder 1 of the cylinder block 2 made of high-silicon aluminum, there is cast iron between the vicinity of the position 11a where the top ring 3 stops and the vicinity of the position 11b below which the top ring 3 is lowered by 3 to 5% of the total stroke of the piston. After casting the ring 13 and machining, the aluminum surface is polished to a surface roughness of 0.25a or more using a honing stone.
It is honed to 0.63a,
Since cast iron is harder than aluminum, the surface roughness of the cast iron ring 13 is finer than that of aluminum. In this case, in order to prevent step wear due to the difference in hardness of the materials at the boundary between the aluminum cylinder 1 and the cast iron ring 13, the boundary between the aluminum cylinder 1 and the cast iron ring 13 is formed into a sawtooth shape 14. In addition, when the cylinder block 2 is made of cast iron, the ring 13
Ceramic can be used as a. In addition, apply wear-resistant powder such as silicon carbide only to the parts to be honed smoothly.
By honing, smoothness can be obtained quickly and with high precision.

以上詳細に示したように、本発明によれば、シ
リンダの面粗度をピストンのトツプリングが停止
する上死点近傍において他部より細かくしたこと
により、トツプリングとシリンダとの間に潤滑油
の十分なスクイズ作用を生ぜしめ、潤滑油膜を充
分に保持させうるので、これらの間の摩擦力を低
減でき、エンジンの機械効率を向上させて、エン
ジン出力、燃費の向上を図ることができる。
As described in detail above, according to the present invention, the surface roughness of the cylinder is made finer near the top dead center where the top ring of the piston stops than in other parts, so that lubricating oil is applied between the top ring and the cylinder. Since the lubricating oil film can be sufficiently retained, the frictional force between them can be reduced, the mechanical efficiency of the engine can be improved, and the engine output and fuel efficiency can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来のシリンダ装置の断面図、第2図
は同じくそのシリンダとピストンリングとの間の
油膜厚さの説明図、第3図は同じくシリンダ装置
要部の拡大断面図、第4図は本発明のシリンダ装
置要部の拡大断面図、第5図、第6図および第7
図は同じく他の実施例の要部を示す拡大断面図で
ある。 1……シリンダ、3……ピストンリング(トツ
プリング)、3……ピストン。
Fig. 1 is a sectional view of a conventional cylinder device, Fig. 2 is an explanatory diagram of the oil film thickness between the cylinder and piston ring, Fig. 3 is an enlarged sectional view of the main part of the cylinder device, and Fig. 4 5, 6 and 7 are enlarged sectional views of the main parts of the cylinder device of the present invention.
The figure is an enlarged sectional view showing the main parts of another embodiment. 1...Cylinder, 3...Piston ring (top ring), 3...Piston.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 シリンダの面粗度をピストンのトツプリング
が停止する上死点近傍において他部よりも小さく
したことを特徴とするエンジンのシリンダ装置。 2 シリンダの面粗度Raをピストンのトツプリ
ングが停止する上死点近傍で0.16a以下となし、
他部を0.25a〜0.63aとした特許請求の範囲第1項
に記載のエンジンのシリンダ装置。
[Scope of Claims] 1. A cylinder device for an engine, characterized in that the surface roughness of the cylinder is made smaller in the vicinity of the top dead center where the top ring of the piston stops than in other parts. 2. The surface roughness Ra of the cylinder should be 0.16a or less near the top dead center where the top ring of the piston stops.
The engine cylinder device according to claim 1, wherein the other portion is 0.25a to 0.63a.
JP19816681A 1981-12-09 1981-12-09 ENJINNOSHIRINDASOCHI Expired - Lifetime JPH0232462B2 (en)

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