KR20220062633A - 실린더 라이너 및 실린더 보어 - Google Patents

Abstract

접동면의 프릭션을 저감시키고, 또한 오일 소비를 저감시킬 수 있는, 실린더 라이너 또는 실린더 보어를 제공하는 것을 과제로 한다.
실린더 보어의 피스톤 접동 방향에 있어서, 크랭크측에 위치하는 제2 접동 영역이 가지는 홈부는, 연소실측에 위치하는 제1 접동 영역이 가지는 홈부보다도 깊이 0.3㎛의 위치에서의 홈 면적율이 높고, 또한 특정의 범위 내인 것에 의해, 프릭션을 저감시키고, 오일 소비를 저감시킬 수 있다.

Description

실린더 라이너 및 실린더 보어

본 발명은, 내연 기관에 이용되는 실린더 라이너 및 실린더 보어에 관한 것이다.

실린더의 내벽(실린더 보어)에는, 피스톤과 접동(摺動, sliding)할 때의 마찰을 저감시키기 위해, 홈 등의 미세 가공을 실시하는 것이 행해지고 있다.

예를 들면 특허 문헌 1에는, 스트로크단(端)에서의 기름 소진이 생기지 않고, 또한 스트로크 중앙부에서의 마찰 손실을 저감할 수 있는 저마찰 접동 부재를 제공하는 것을 목적으로 하여, 접동 표면에 형성된 평활면에 깊이가 규칙적으로 변화하는 미세한 오목부를 구비하고, 오목부 사이에 플래토(Plateau) 모양의 볼록부가 형성되어 있는 저마찰 접동 부재가 제안되어 있다.

또, 특허 문헌 2에는, 접동면에 홈부를 형성함으로써 발생할 수 있는 스커프(scuff)를 저감시키기 위해, 접동면의 표면 거칠기나 홈부의 깊이를 일정한 범위 내로 하고, 또한 홈부의 개구 가장자리를 볼록 곡면으로 한 실린더 블록이 개시되어 있다.

특허 문헌 1 : 일본 공개특허 제2002-235852호 공보 특허 문헌 2 : 일본 공개특허 제2017-67271호 공보

본 발명은, 상기 특허 문헌에서 제안된 기술과는 다른 기술에 의해, 접동면의 프릭션(friction)을 저감시키고, 또한 오일 소비를 저감시킬 수 있는, 실린더 라이너 및 실린더 보어를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결할 수 있도록 검토를 진행하여, 실린더 보어의 피스톤 접동 방향에 있어서, 연소실측 영역과 크랭크실측 영역에서, 접동 환경이 다르다고 하는 지견을 얻었다. 즉, 실린더 보어 중 연소실측 영역의 접동 환경은 윤활 오일이 적어, 경계 윤활이 지배적이 되며, 실린더 보어 중 크랭크실측 영역의 접동 환경은 윤활 오일이 비교적 윤택하게 존재하여, 유체 윤활이 지배적으로 되어 있는 것을 알아냈다. 그리고, 해당 지견에 근거하여, 실린더 보어의 각 영역에 따라서 실린더 보어의 표면 성상(性狀)을 적절하게 함으로써, 접동면의 프릭션을 저감시키고, 또한 오일 소비를 저감시킬 수 있는 것을 알아내어, 발명을 완성시켰다.

본 발명의 일 실시 형태는, 내연 기관에 이용되는 주철제 실린더 라이너로서,

상기 실린더 라이너의 실린더 보어에는, 복수의 홈부가 형성되어 있고,

상기 실린더 보어는, 피스톤 접동 방향에 있어서, 상기 홈부의 성상이 다른 제1 접동 영역 및 제2 접동 영역을 가지며,

상기 제1 접동 영역은 제2 접동 영역에 대해서 보다 연소실측에 위치하고 있고, 상기 제1 접동 영역의 홈 면적율은, 10% 이하이고, 또한 상기 제2 접동 영역의 홈 면적율은, 15% 이상 40% 이하인 주철제 실린더 라이너이다.

또한 상기 홈 면적율은, 실린더 보어 표면으로부터 깊이 0.3㎛의 위치에서의 홈부의 면적의 비율이다.

또, 본 발명의 다른 실시 형태는, 내연 기관의 실린더 보어로서,

상기 실린더 보어에는, 복수의 홈부가 형성되어 있고,

상기 실린더 보어는, 피스톤 접동 방향에 있어서, 상기 홈부의 성상이 다른 제1 접동 영역 및 제2 접동 영역을 가지며,

상기 제1 접동 영역은 제2 접동 영역에 대해서 보다 연소실측에 위치하고 있고, 상기 제1 접동 영역의 홈 면적율은, 10% 이하이고, 또한 상기 제2 접동 영역의 홈 면적율은, 15% 이상 40% 이하인 내연 기관의 실린더 보어이다.

또한 홈 면적율은 실린더 보어 표면으로부터 깊이 0.3㎛의 위치에서의 홈부의 면적의 비율이다.

상기 내연 기관이 디젤용 내연 기관인 것이 바람직하고, 또한, 상기 제1 접동 영역과 제2 접동 영역과는 연속한 영역으로서, 그 경계는, 크랭크각 50° 이상 80° 이하의 범위에 존재하는 것이 바람직하다.

상기 제2 접동 영역의 홈 면적율은, 18% 이상 36% 이하인 형태가 바람직하다.

상기 제2 접동 영역의 표면 거칠기는, Ra가 0.13㎛ 이상, 0.45㎛ 이하이고, Rk가 0.36㎛ 이상, 0.82㎛ 이하이며, Rvk가 0.35㎛ 이상, 1.22㎛ 이하인 것이 바람직하고, 상기 제1 접동 영역의 표면 거칠기는, Ra는 0.08㎛ 이상, 0.11㎛ 이하이고, Rk가 0.20㎛ 이상, 0.27㎛ 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에 의해, 접동면의 프릭션을 저감시키고, 또한 오일 소비를 저감 시킬 수 있는 실린더 라이너 및 실린더 보어를 제공할 수 있다. 즉, 저연비와 저오일 소비를 양립시킨 내연 기관을 달성할 수 있는, 실린더 라이너 및 실린더 보어를 제공할 수 있다. 또, 디젤용 내연 기관의 경우에는 오일링으로서 2 피스링이 이용되는 경우가 많고, 이 경우에는 오일링 접동면이 평평하기 때문에, 쐐기 효과에 의한 접동부의 유막 두께 증가에 수반하는 유체 윤활 영역에서의 프릭션 저감은 기대할 수 없다. 그 때문에, 본 발명은, 홈 면적율을 증가시킴으로써 유체 윤활 영역에서의 접동 면적의 저감에 수반하는 프릭션 저감을 기대할 수 있기 때문에, 디젤용 내연 기관에 적합하게 적용될 수 있다.

도 1은 본 실시 형태에 관한 실린더 라이너의 단면 모식도이다.
도 2의 (a), (b) 모두, 종래 기술에 관한 실린더 보어에 형성된 홈의 형상을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 실시 형태에 관한 실린더 보어에 형성된 홈의 형상을 모식적으로 나타내는 단면도이다.

본 발명의 일 실시 형태는, 디젤용 내연 기관에 적합하게 이용되는 주철제 실린더 라이너로서, 상기 실린더 라이너의 실린더 보어에는, 복수의 홈부가 형성되어 있다. 그리고, 실린더 보어는, 피스톤 접동 방향에 있어서, 상기 홈부의 성상이 다른 제1 접동 영역 및 제2 접동 영역을 가지고 있다. 또, 본 발명의 다른 실시 형태는, 실린더 보어일 수 있다. 즉 실린더 라이너가 존재하지 않는 실린더 보어라도 괜찮다. 그러한 경우라도 마찬가지로 실린더 보어에는 복수의 홈부가 형성되어 있다. 그리고, 실린더 보어는, 피스톤 접동 방향에 있어서, 상기 홈부의 성상이 다른 제1 접동 영역 및 제2 접동 영역을 가지고 있다. 실린더 라이너를 구비한 실시 형태에 대해서, 도 1을 이용하여 설명한다.

도 1은, 실린더 라이너의 단면도이다. 실린더 라이너(10)는, 전형적으로는 주철제의 실린더 라이너이지만, 알루미늄 합금이나 구리 합금에 의해 형성되어도 괜찮다.

실린더 라이너(10)는, 내연 기관의 실린더 블록에 설치되어, 그 내부를 피스톤이 도 1 중 상하 방향으로 접동한다.

도면 중 쇄선 4는 오일링의 상사점(TDC)을, 쇄선(5)은 오일링의 하사점(BDC)을 나타내고, 실린더 보어는, 상사점(4)을 포함하는 제1 접동 영역(1)과 하사점(5)를 포함하는 제2 접동 영역(2)을 포함한다. 제1 접동 영역(1)과 제2 접동 영역(2)은, 경계(3)를 사이에 두고 연속한 영역일 수 있다.

본 실시 형태에서는, 제2 접동 영역(2)의 홈 면적율이, 제1 접동 영역(1)의 홈 면적율보다도 높다. 또, 제1 접동 영역(1)의 홈 면적율이 10% 이하이고, 제2 접동 영역(2)의 홈 면적율이, 15% 이상 40% 이하일 수 있다. 홈 면적율에 대해서, 도 2 및 도 3을 이용하여 설명한다.

도 2는, 종래의 실시 형태에 있어서, 실린더 보어에 형성된 홈의 단면을 나타내는 모식도이다. 도 2의 (a)는 실린더 보어 표면 홈의 일 형태를, 또 도 2의 (b)는 실린더 보어 표면 홈의 다른 형태를 나타낸다. 도 2의 (a)과 (b)에서는, 실린더 보어 표면에서의 표면 홈 면적율에 대해서, 도 2의 (b)가 크게 되도록 홈이 형성되어 있다. 그리고, 도 2의 (b)는 홈 면적율이 큼과 동시에, 홈 깊이, 즉 Rvk의 값도 크게 되어 있다. 일반적인 홈 형성의 프로세스에서는, 홈 면적율을 크게 하는 경우에는 Rvk의 값도 크게 된다.

여기서, 실린더 보어 중 크랭크실측 영역의 접동 환경, 즉 제2 접동 영역(2)에서는, 윤활 오일이 비교적 윤택하게 존재하여, 유체 윤활 영역이 지배적으로 되어 있다. 본 발명자들은, 유체 윤활 영역이 지배적으로 되어 있는 제2 접동 영역에 있어서, 프릭션을 저감시키는 방법을 검토했는데, 실린더 보어 표면의 최표면(最表面)의 홈 면적율이 아니라, 실린더 보어 표면으로부터 깊이 0.3㎛에서의 홈 면적율을 적당히 크게 함으로써, 유체 윤활 영역에 있어서의 유막(油膜) 전단(剪斷) 면적이 감소하여, 프릭션을 저감할 수 있는 것에 이르렀다.

도 3은, 본 실시 형태에서의 실린더 보어에 형성된 홈의 단면을 나타내는 모식도이다. 본 실시 형태에서는, 실린더 보어 표면 거칠기와 실린더 보어 표면으로부터 깊이 0.3㎛의 위치에서의 홈의 비율에 주목하고, 각각의 값을 적절히 제어함으로써, 제2 접동 영역에서의 프릭션을 저감시키고, 그 결과 오일 소비를 저감시킬 수 있다. 즉, 실린더 보어 표면으로부터 깊이 0.3㎛의 위치에서의 홈부의 비율인 홈 면적율을, 제2 접동 영역에서는 제1 접동 영역보다 높게 함으로써, 유체 윤활 영역에서 유막 전단 면적이 감소하여, 프릭션을 저감할 수 있다. 바람직한 형태에서는, 제1 접동 영역(1)에서는 Ra는 0.08㎛ 이상, 0.11㎛ 이하이고, Rk가 0.20㎛ 이상, 0.27㎛ 이하이며, 또 제2 접동 영역에서는 Ra가 0.13㎛ 이상, 0.45㎛ 이하이고, Rk가 0.36㎛ 이상, 0.82㎛ 이하이며, Rvk가 0.35㎛ 이상이고, 1.22㎛ 이하인 것을 만족한다.

또, 제1 접동 영역의 홈 면적율과, 제2 접동 영역의 홈 면적율과의 차이는, 5% 이상이면 되고, 10% 이상이라도 괜찮으며, 15% 이상이라도 괜찮다. 또 상한은 40% 이하이면 되고, 35% 이하라도 괜찮다.

또, 제2 접동 영역에서, 실린더 보어 표면으로부터 깊이 0.3㎛의 위치에서의 홈부의 비율인 홈 면적율을 15% 이상으로 함으로써, 유체 윤활 영역에서 유막 전단 면적이 감소하여, 프릭션을 저감할 수 있다. 한편으로, 40%를 넘는 경우에는, LOC(Lubricating　Oil　Consumption)를 억제할 수 없다.

또한, 0.3㎛ 보다도 얕은 위치의 홈부의 비율을 크게 했을 경우에도, 유막 전단 면적의 감소가 불충분하여, 프릭션의 저감 효과가 얻어지기 어려운 경향이 있다. 또, 0.3㎛의 깊이를 측정함으로써, Rpk(초기 마모 높이)에 의한 노이즈를 제거할 수 있다.

제2 접동 영역의 홈 면적율은, 15% 이상인 것이 바람직하고, 18% 이상이어도 괜찮으며, 또 40% 이하인 것이 바람직하고, 36% 이하라도 괜찮다.

제1, 및 제2 접동 영역의 홈 면적율은, 실린더 보어 표면으로부터 깊이 0.3㎛의 위치에서의 홈부의 면적의 비율이고, 다음과 같은 순서로 측정한다. 또 기준이 되는 실린더 보어 표면을 정의에 대해서도 함께 나타낸다.

먼저, Struers제 RepliSet-F1 혹은 F5를 사용하여, 실린더 보어 표면의 레플리카(2cm×2cm)를 작성한다. 레플리카는, 적어도 실린더 보어의 대향하는 2개소를 작성하는 것이 바람직하다. 작성한 레플리카를, (주)키엔스제 형상 해석 레이저 현미경(ⅤK-X150)으로 50배의 대물렌즈를 이용하여 관찰한다. 그 후, 관찰 소프트웨어 「ⅤK　Analyzer」에서 관찰 데이터를 기울기 보정, 반전(레플리카의 볼록부가 실린더 보어의 홈부에 해당하기 때문에)한다. 반전한 데이터를 「체적·면적 해석」에 의해 「높이의 히스토그램」을 추출하고, 그 최빈도(最頻度) 위치를 임계값으로 하여 「실린더 보어 표면」이라고 정한다. 또, 그 표면으로부터 깊이 0.3㎛ 위치의 홈 면적이 관찰 영역에 차지하는 비율을 홈 면적율로 하였다. 홈 면적율은 실린더 보어 최표면(실체의 최소 내경 위치)이 바람직하지만, 데이터의 편차(Rpk 성분의 영향)를 고려하여, 측정 위치는 실린더 보어 표면으로부터 깊이 0.3㎛로 하였다. 또한, 홈 면적율은, 실린더 보어의 대향하는 2개소 각각 10점의 평균값으로 한다.

실린더 보어 표면에서의 제2 접동 영역의 Ra는, 0.13㎛ 이상인 것이 바람직하고, 0.15㎛ 이상이라도 괜찮으며, 또 0.45㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.38㎛이하라도 괜찮다. Ra가 0.13㎛ 이상, 0.45㎛ 이하인 것에 의해, LOC(Lubricating　Oil　Consumption)를 억제할 수 있고, 또 스커프의 발생을 억제할 수 있다.

실린더 보어 표면에서의 제2 접동 영역의 Rk는, 0.36㎛ 이상인 것이 바람직하고, 0.37㎛ 이상이라도 괜찮으며, 또 0.82㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.73㎛이하라도 괜찮다. Rk가 0.36㎛ 이상, 0.82㎛ 이하인 것에 의해, LOC(Lubricating　Oil　Consumption)를 억제할 수 있고, 또 스커프의 발생을 억제할 수 있다.

실린더 보어 표면에서의 제2 접동 영역의 Rvk는, 0.35㎛ 이상인 것이 바람직하고, 0.37㎛ 이상이라도 괜찮으며, 또 1.22㎛ 이하인 것이 바람직하고, 1.02㎛ 이하라도 괜찮다. Rk가 0.35㎛ 이상, 1.22㎛ 이하인 것에 의해, 프릭션의 악화에 기인하는 LOC(Lubricating　Oil　Consumption)를 억제할 수 있다.

실린더 보어는, 피스톤 접동 방향에 있어서, 상기 홈부의 성상이 다른 제1 접동 영역 및 제2 접동 영역을 가지는데, 제1 접동 영역 및 제2 접동 영역이 연속하고 있는 것이 바람직하고, 그 경우, 그 경계는, 오일링의 크랭크각 50° 이상 80° 이하의 범위에 존재하는 것이 바람직하다. 경계가 상기 크랭크각의 범위에 있는 것에 의해, 실린더 보어의 벽온(壁溫)이 높아, 오일의 증발에 의한 오일 소비가 많게 되는 제1 접동 영역에서 홈 면적율을 낮게 하는 것으로 되어, 오일 소비 저감의 효과가 보다 현저하게 된다.

또한, 크랭크각이란, 피스톤의 상사점을 기준(0°)으로 한, 엔진의 회전 각도를 의미한다.

본 실시 형태에 관한 제1 접동 영역은, 제2 접동 영역이 상기 홈 면적율을 충족하는 한 특별히 한정되지 않지만, 홈 면적율이 10% 이하인 것이 바람직하다. 제1 접동 영역은 제2 접동 영역과는 다르고, 경계 윤활이 지배적이며, 홈 면적율을 작게 하고, 및/또는 표면 거칠기를 작게 하여, 고체 접촉에 기인하는 마찰력을 저감하는 것이 바람직하다.

또, 제1 접동 영역은 제2 접동 영역과는 다르고, 연소실이 가깝기 때문에 오일이 뜨거워져 LOC가 악화되는 경향에 있었다. 그 때문에, 홈 면적율을 작게 하고, 및/또는 표면 거칠기를 작게 하여, 실린더 보어 표면으로부터의 오일 증발량을 저감하는 것이 바람직하다.

실린더 보어 표면에서의 제1 접동 영역의 Ra는, 0.08㎛ 이상이면 되고, 0.11㎛ 이하이면 된다. Ra가 0.08㎛ 이상, 0.11㎛ 이하인 것에 의해, LOC(Lubricating　Oil　Consumption)를 억제할 수 있다.

실린더 보어 표면에서의 제1 접동 영역의 Rk는, 0.20㎛ 이상이면 되고, 0.27㎛ 이하이면 된다. Rk가 0.20㎛ 이상, 0.27㎛ 이하인 것에 의해, LOC(Lubricating　Oil　Consumption)를 억제할 수 있다.

본 실시 형태에 관한 실린더 라이너의 실린더 보어는, 제1 접동 영역과 제2 접동 영역에서 호닝(horning) 가공을 변경하고, 호닝 가공의 횟수나, 호닝 가공에서 이용하는 숫돌의 형상, 종류, 입자 지름 등을 적절히 조정함으로써, 제조할 수 있다.

호닝 가공에 의해 실린더 보어에 크로스 해치가 형성되어도 괜찮다. 크로스해치를 형성하는 경우, 그 각도(예각)는 2° 이상이 바람직하고, 5° 이상이라도 되고, 10° 이상이라도 괜찮다. 또 통상 60° 이하이고, 45° 이하라도 되고, 30° 이하라도 되며, 15° 이하라도 괜찮다.

본 실시 형태에서의 실린더 라이너의 실린더 보어의 가공 공정의 일례를 나타낸다.

실린더 라이너를 주조한 후, 러프(거침：Rough) 보링(boring), 파인(Fine) 보링, I 호닝, Ⅱ 호닝의 순서로 실린더 보어면 치수를 완성 치수 근방까지 가공한다. 그 후, Ⅲ 호닝·Ⅳ 호닝 및 Ⅴ 호닝의 호닝 가공 공정에 의해, 소정의 표면 거칠기를 형성한다. 제1 접동 영역은 Ⅲ 호닝으로 가공하고, 제2 접동 영역은 Ⅳ호닝으로 가공한다. Ⅲ 호닝의 숫돌은 Ⅳ호닝의 숫돌보다도 입경이 미세한 것을 사용한다.

이상은, 실린더 라이너의 실린더 보어가 기재(基材) 그대로인 경우를 나타내고, 인산염 피막 등의 화성(化成) 처리를 실시하고 있는 경우, 호닝의 최종 가공 공정 전에 피막을 피복하는 공정이 추가될 수 있다.

또, 호닝 기계의 제어계의 제약에 의해, 적절히, 공정을 추가해도 되고, 또는, 다양한 제어가 가능한 호닝 기계를 사용하는 경우에는, 가공 공정을 생략해도 괜찮다.

또한, 실린더 라이너를 배치하지 않은 실린더 보어라도, 실린더 라이너의 실린더 보어와 마찬가지로, 가공할 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명에 대해서, 실시예에 의해 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.

주철재를 이용하여, 내경 φ100 클래스의 실린더 라이너를 준비하였다. 이 실린더 라이너의 실린더 보어를 호닝 가공함으로써, 표 1에 나타내는 홈 면적율의 실린더 라이너를 얻었다. 그 후, 실린더 라이너를 실시 시험을 위해, 엔진 실기(實機)에 탑재하였다. 또한, 실린더 보어에 있어서의 상부(연소실측)와 하부(크랭크실측)와의 경계는, 오일링의 크랭크각 65°로 하였다.

[표 1]

상기 실시예 1~4 및 비교예 1~10의 실린더 라이너와, 이하에 나타내는 피스톤 링을 장착한 피스톤을 이용하여, 실기(實機) 평가를 행하였다. 실기 평가의 운전 조건, 및 평가 기준은 이하와 같이 하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.

<피스톤 링>

시험에서 이용한 피스톤 링 중, 톱 링은, 폭(실린더 1의 축방향 치수)이 3.0mm, 외주면은 배럴 형상, 기재는, JIS　SUS440B 상당재를 이용하고, 외주면에 아크 이온 플레이팅(Plating)법에 따르는 CrN 피막을 실시한 것을 이용하였다. 톱 링 장력의 보어 지름비는, 0.22(N/mm)이다.

또, 세컨드 링은, 폭(실린더 1의 축방향 치수)이 3.0mm, 외주면은 테이퍼 형상, 기재는, FC250 상당재를 이용하고, 외주면에 경질 Cr도금을 실시한 것을 이용하였다. 세컨드 링 장력의 보어 지름비는, 0.25(N/mm)이다.

조합 오일링은, 조합 폭 h가 2.5mm이고, 기재는, JIS　SUS420J2 상당재를 이용하고, 외주면에 질화를 실시한 것을 이용하였다. 오일링 장력의 보아 지름비는, 0.30(N/mm)이다.

<오일 소비량 측정 시험의 방법에 대해>

이어서, 본 실시의 형태의 실린더 라이너를 이용하여 행한, 오일 소비량 측정 시험에 대해 설명한다. 오일 소비량 측정 시험에서는, 보어 지름 φ100mm 클래스의 엔진을 사용하였다. 엔진의 길들임 운전 후, 부하 조건은 전(全)부하의 상태에서, 냉각수 온도는 95℃, 엔진 오일의 온도는 105℃로 하고, 엔진 오일은 10W-30(등급：JASO 규격, 점도 분류：SAE　J300)을 이용하였다. 그리고, 엔진의 평균 피스톤 속도를 Ⅴ라고 하고, Ⅴ가 8.3m/s의 조건에서 오일 소비량(LOC：Luburication　Oil　Consumption)을 평가하였다. 이 평균 피스톤 속도는, 엔진의 회전 속도와 스트로크(행정)로부터 구해지는 평균 속도이다. 오일 소비량 측정은, 평가 전후의 오일 총 중량차로부터 산출하는 추출법에 의해 측정하였다.

<연료 소비 시험의 방법에 대해>

이어서, 본 실시의 형태의 실린더 라이너를 이용하여 행한, 연료 소비 시험에 대해 설명한다. 오일 소비량 측정 시험에서는, 보어 지름 φ100mm 클래스의 엔진을 사용하였다. 엔진의 길들임 운전 후, 부하 조건은 전(全)부하의 상태에서, 냉각수 온도는 95℃, 엔진 오일의 온도는 105℃로 하고, 엔진 오일은 10W-30(등급：JASO 규격, 점도 분류：SAE　J300)을 이용하였다. 그리고, 엔진의 평균 피스톤 속도를 Ⅴ라고 하고, Ⅴ가 3.3~9.2m/s의 구간 영역에서 사용 연료, 실토크를 측정하고, 연료 소비량을 평가시의 사용 연료와 실토크로부터 산출하였다. 이 평균 피스톤 속도는, 엔진의 회전 속도와 스트로크(행정)로부터 구해지는 평균 속도이다.

<스커프 시험의 방법에 대해>

이어서, 본 실시의 형태의 실린더 라이너를 이용하여 행한, 스커프 시험에 대해 설명한다. 스커프 시험에서는, 보어 지름 φ100mm 클래스의 엔진을 사용하였다. 엔진의 길들임 운전 후, 부하 조건은 전부하의 상태에서, 냉각수 온도는 120℃, 엔진 오일의 온도는 사정에 맞게 하고, 엔진 오일은 10W-30(등급：JASO 규격, 점도 분류：SAE　J300)을 이용하였다. 그리고, 엔진의 평균 피스톤 속도를 Ⅴ라고 하고, Ⅴ가 8.3m/s의 조건으로 평가하였다. 이 평균 피스톤 속도는, 엔진의 회전 속도와 스트로크(행정)로부터 구해지는 평균 속도이다.

<평가 기준>

·연료 소비 시험

◎ : 베이스비보다 0.5% 이상 개선

○ : 베이스비보다 0%보다 크고 0.5% 미만 개선

△ : 베이스비보다 0%~0.5% 미만 악화

× : 베이스비보다 0.5% 이상 악화

·스커프 시험(눈으로 보고 확인)

○ : 스커프 발생 없음

× : 스커프 발생

·오일 소비량 시험

◎ : 베이스비보다 10% 이상 개선

○ : 베이스비보다 0%보다 크고 10% 미만 개선

△ : 베이스비보다 0%~10% 미만 악화

× : 베이스비보다 10% 이상 악화

또한, 베이스는, 제1 접동 영역, 제2 접동 영역 모두 홈 면적율 18% 정도의 실린더 보어를 사용.

[표 2]

다음으로, 실시예 2의 실린더 라이너를 이용하고, 오일링의 크랭크각을 변화시켜 실기 평가를 행하였다. 실기 평가의 운전 조건 및 평가 기준은 상기와 마찬가지로 하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.

[표 3]

다음으로, 실린더 보어의 홈 면적율과, 프릭션과의 관계를 확인하기 위해, 프릭션 시험을 행하였다. 프릭션 시험은, 실린더 보어의 표면 거칠기를 변화시키지 않고 홈 면적율을 변화시키며, 이하의 순서에 의해 행하였다. 결과를 표 4에 나타낸다. 표 4의 결과로부터, 홈 면적율이 15~50%인 것으로, 600~1500rpm으로 회전수가 변화한 모든 경우에 있어서, 프릭션을 저감할 수 있는 것을 이해할 수 있다.

<프릭션 시험>

프릭션 시험은 단기통 부동 라이너 시험(1 사이클 중의 피스톤, 피스톤 링의 프릭션 변화를 파악하는 시험)에서 대기 개방 모터링 평가에 의해 실시하였다. 프릭션 측정 시험에 있어서는, 보어 지름 83mm이고 스트로크 86mm인 크랭크식 단기통 모터링 시험기(부동 라이나 방식)를 사용하였다.

시험 조건은 냉각수 온도가 80℃, 엔진 오일의 온도가 80℃이고, 엔진 오일이 10W-30(등급：JASO 규격, 점도 분류：SAE　J300)을 이용하고, 평가 회전수는 600rpm으로부터 2000rpm의 사이에서 평가하였다.

[표 4]

10 : 실린더 라이너 1 : 제1 접동 영역
2 : 제2 접동 영역 3 : 경계
4 : 상사점 5 : 하사점

Claims (12)

1. 내연 기관에 이용되는 주철제 실린더 라이너로서,
   상기 실린더 라이너의 실린더 보어에는, 복수의 홈부가 형성되어 있고,
   상기 실린더 보어는, 피스톤 접동 방향에 있어서, 상기 홈부의 성상(性狀)이 다른 제1 접동 영역 및 제2 접동 영역을 가지며,
   상기 제1 접동 영역은 제2 접동 영역에 대해서 보다 연소실측에 위치하고 있고, 상기 제1 접동 영역의 홈 면적율은 10% 이하이고, 또한 상기 제2 접동 영역의 홈 면적율은 15% 이상 40% 이하인 주철제 실린더 라이너.
   (홈 면적율 : 실린더 보어 표면으로부터 깊이 0.3㎛의 위치에서의 홈부의 면적의 비율)
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 접동 영역과 제2 접동 영역과는 연속한 영역이며, 그 경계는, 크랭크각 50° 이상 80° 이하의 범위에 존재하는 주철제 실린더 라이너.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 제2 접동 영역의 홈 면적율은, 18% 이상 36% 이하인 주철제 실린더 라이너.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 제2 접동 영역의 표면 거칠기는, Ra가 0.13㎛ 이상, 0.45㎛ 이하이고, Rk가 0.36㎛ 이상, 0.82㎛ 이하이며, RvK가 0.35㎛ 이상, 1.22㎛ 이하인 주철제 실린더 라이너.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 제1 접동 영역의 표면 거칠기는, Ra는 0.08㎛ 이상, 0.11㎛ 이하이고, Rk가 0.20㎛ 이상, 0.27㎛ 이하인 주철제 실린더 라이너.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 내연 기관이 디젤용 내연 기관인 주철제 실린더 라이너.
7. 내연 기관의 실린더 보어로서,
   상기 실린더 보어에는, 복수의 홈부가 형성되어 있고,
   상기 실린더 보어는, 피스톤 접동 방향에 있어서, 상기 홈부의 성상이 다른 제1 접동 영역 및 제2 접동 영역을 가지며,
   상기 제1 접동 영역은 제2 접동 영역에 대해서 보다 연소실측에 위치하고 있고, 상기 제1 접동 영역의 홈 면적율은, 10% 이하이고, 또한 상기 제2 접동 영역의 홈 면적율은, 15% 이상 40% 이하인 내연 기관의 실린더 보어.
   (홈 면적율：실린더 보어 표면으로부터 깊이 0.3㎛의 위치에서의 홈부의 면적의 비율)
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 제1 접동 영역과 제2 접동 영역과는 연속한 영역이며, 그 경계는, 크랭크각 50° 이상 80° 이하의 범위에 존재하는 실린더 보어.
9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
   상기 제2 접동 영역의 홈 면적율은, 18% 이상 36% 이하인 실린더 보어.
10. 청구항 7 내지 청구항 9 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제2 접동 영역의 표면 거칠기는, Ra가 0.13㎛ 이상, 0.45㎛ 이하이고, Rk가 0.36㎛ 이상, 0.82㎛ 이하이며, Rvk가 0.35㎛ 이상, 1.22㎛ 이하인 실린더 보어.
11. 청구항 7 내지 청구항 10 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1 접동 영역의 표면 거칠기는, Ra는 0.08㎛ 이상, 0.11㎛ 이하이고, Rk가 0.20㎛ 이상, 0.27㎛ 이하인 실린더 보어.
12. 청구항 7 내지 청구항 11 중 어느 하나의 항에 있어서.
    상기 내연 기관이 디젤용 내연 기관인 실린더 보어.

Images