JPS5941016B2 - ピストンエンジンヨウシリンダ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等
のピストンエンジンのシリンダ（シリンダライナを含む
。

以下同じ）に関し、ならし運転の時間を短縮するととも
にピストン等を傷める情がなく、かつ寿命の長いシリン
ダを提供せんとするものである。

一般にピストンエンジンの最初の運転時においては、シ
リンダとピストンリング或はピストンとの間の油膜切れ
によりシリンダ内周面が損傷を受は易い。

これを防止するために従来からシリンダ内周面の仕上げ
を粗くし該面の保油力を向上させ、シリンダとピストン
との間の油膜切れを防ぐことが行なわれている。

ところがこのような従来方法によると、ならし運転中の
潤滑油の消費量が増大するばかりでなく、表面の粗さが
適正程度以上の場合はならし運転中のピストンリングの
摩耗量が多くなり、さらに著しい場合にはピストンに傷
をつげてでしまうという不都合がある。

その上、表面を適当な粗さに仕上げることは非常に困難
である。

これらの不都合の原因は、シリンダ内周面が粗いため該
面とピストンリング或はピストン（以下ピストン等と言
つ、）との受圧面積が極端に小さくなり、このため該受
圧部で微視的な油膜切れを起すためである。

本発明はこれらの不都合を解消することを目的としたも
のであって、シリンダ内周面に適当な数と大きさの交叉
する微細溝を形成して該シリンダ内周面に対するピスト
ンの受圧面積が極端に小さくなることを防ぎ、ならし運
転中の潤滑油の消費量を少なくし、さらにはならし運転
の時間をも短縮することのできるシリンダを提供するも
のである。

以下本発明の実施例を図面について説明する。

第１図は本発明が実施されるシリンダライナを示し、該
シリンダライナ１はパーライト基地中に硬度がＨｖ６０
０以上のニオビウム、クロム、バナジウム等の炭化物か
燐化物の一方または双方を析出させた鋳鉄或は内周表層
部を表面焼入れするか窒化した鋳鉄で製造されている。

そしてその内周面２には全面に亘って第２図に展開して
示すような無数の互いに交叉するホーニングによる研削
痕たる溝３，３が形成されている。

該溝３，３がシリンダライナ１の上端面４に平行な（シ
リンダライナ軸に直角な）直線４ａとなす角度（交叉半
角）α、βは、それぞれ１０〜３０度になるように形成
される。

この限定理由は、交叉半角が１０度より小さいと研削痕
は片方のみが深くなる傾向があり、又摺動方向に対する
角度が大きくなるので溝滑油の拡散に不利であり、スカ
ッフィング発生の危険が増すからであり、又３０度を越
える場合は潤滑油の拡散には有利であるが潤滑油消費量
が増加するからである。

さらに該溝３，３の大きさ、形状および間隔は次のよう
にして決定される。

第３図は、第２図のＸ−Ｘ線で示すようなシリンダライ
ナ１の軸と平行な任意の線においてシリンダライナ１の
表面を切断した場合に表われる、触針をシリンダの軸方
向に移動させて得られる内周面２の断面曲線またはカッ
トオフ値２．５ ｍｍ以上のあらさ曲線（ＪＩＳ Ｂ
Ｏ６０１−１９７０による）５の一部を説明的に示して
いる。

ここで断面曲線５の平均線（ＪＩＳ ＢＯ６０１−１
９７０による）に平行な任意の直線すなわち基線６があ
る一定の基準となる長さしく例えば２．５ ｍｍ ）の
間で該曲線５の実体部を切断する長さを１□、１２゜１
３．１４ｔ １５ 、とすると、曲線５の基線６におけ
るプラトウ率は次のようにして求められる。

ここで、例えば基線６におけるプラトウ率が６０％とす
ると、シリンダライナ１の表面が基線６と一致する線ま
で摩耗した場合、該シリンダライナ１とピストン等とは
シリンダライナ１の理論表面積（表面が完全な平面とし
た場合の表面積）の６０％で接触することになる。

本発明による溝３の特徴の第一は、このようにして定義
されるプラトウ率が１％となる基線７（第４図）とプラ
トウ率が８０％となる基線８との間隔Ｈが２μ以下とな
るように形成することである。

このように形成されるので、エンジンのならし運転初期
のシリンダ内表面の保油量は過大とならず潤滑油消費量
も必要最小限に抑制される。

又プラトウ率８０％（受圧面積８０％）に至るに要する
摩耗量は約２μ以下であるから初期なじみ運転に要する
時間も短縮される。

次に特徴の第二は、第３図に示す基準長さＬを２、５
ｍｍとして考えた場合、基線６をプラトウ率１％に対応
する基線から３μ以上深い位置へ移動した場合、該基線
６に対する研削痕たる溝の数が６本以上あることである
。

また深さ３μ未満の溝を含めるとその数は１３個以上で
ある。

ここで基線６に対する溝の数は第３図に示すように、該
基線６の上下に平行にそれぞれ０．５μずつの間隔で２
本の線９，９ａを引いて考え、溝３の最頂部と最深部と
がともに２本の線９，９ａの外に出た場合のみ１本とし
て数える。

すなわち、断面曲線５が基線６を横切ってから下方の線
９ａの下方に達した後初めて基線６の上方の線９に達し
た時溝数を１本として数える。

このように数えると、第３図の例において基準長さＬ当
りの溝の数は３本である。

これらの溝はならし運転初期においてシリンダ内周面に
おける保油力を適正に保ち、ならし運転中に生じ易いピ
ストン等の損傷を防止する役目を果すとともに、プラト
ウ率１％の線より３μ以上深い位置に存在する溝はなら
し運転終了後においても充分な保油力を有し、シリンダ
、ピストン等の摩耗を防止する役目をする。

第４〜６図は断面曲線の形状とプラトウ率および溝の数
との関係を示し、各図ａのような断面曲線に対して基線
６を移動させた場合に変化するプラトウ率及び溝数と基
線６の変化量との関係をそれぞれの図す、ｃに示してい
る。

ここで第４図は本発明による形状に対する例を示し、第
５〜６図は好ましくない例を示す。

すなわち第４図の例はプラトウ率が１％となる基線７と
８０％となる基線８との間隔Ｈが２μ以下であり、基線
Ｉから３μの深さでの溝の数が６本以上、３μ未満の溝
をも含めると１３本以上という条件を満たしている。

第５図の例では溝の数に関しては良いが、基線７と基線
８との間隔が広いので、ならし運転中のピストン等の摩
耗および潤滑油消費量が過大となり、又ピストン等を損
傷するばかりでなくならし運転時間を長引かせる原因と
なってしまう。

第６図は基線７と基線８との間隔は２μ以下で良いが、
溝の数が少ないためにシリンダ表面において油膜切れを
生じ易く、シリンダ表面を傷め易い。

次に以上のように形成される本発明のシリンダ表面の加
工法について説明する。

本発明の条件に合致するシリンダの表面を形成するには
、２段階のホーニングを行なって第４図に示すような断
面を形成する。

すなわち第１段階のホーニングにおいては、ダイヤモン
ド砥粒の場合は］００〜１８０メツシユ、炭化珪素系砥
粒の場合は８０〜２２０メツシュ程度の砥粒を用いてホ
ーニングを行ない、第４図ａに示すような溝のう′ち、
３μ線に達するような深い溝を研削痕として形成する。

続いて第２段のホーニングにおいては、２８０メツシユ
よりも小さく目づまりしない程度の砥粒を用いてホーニ
ングを行ない、第１段のホーニングにおいて形成された
研削痕の起伏の激しい尖端部分を取除いてシリンダ表面
を第４図ａのような形状に仕上げる。

この場合、ホーニング砥石の粒度を規定したのは本発明
にとって必要不可欠な研削痕としての溝数と溝の深さを
得るための必要条件であるからに他ならず、この範囲以
外の粒度では第５図或は第６図のような不満足な表面状
態しか得られないからである。

尚、第２段のホーニングに使用する砥粒としては、前記
したものの外にレジノイドボンド、コルクボンド、ラバ
ーボンド等の結合剤を使用する場合は２００〜２８０メ
ツシユのものも併せて使用できる。

次に以上のように製造され形成された本発明のシリンダ
を用いて行なった実験結果を示す。

実験は下記するような諸元のディーゼルエンジンに本発
明により造られたシリンダライナと従来からのシリンダ
ライナとを装着して比較することにより行なった。

シリンダライナの材質としては、本発明品、従来品とも
に同じ材質のものとし、燐０．３％、クロム０．４％を
添加した鋳鉄を使用した。

本発明品のプラトウ率１％の基線と８０％の基線との間
隔は１．１μ、２．５ ｍｖｒ当りの研削痕たる溝の最
大数１６本、３μ線に対する溝の数１０本、研削痕とし
ての溝（プラトウ率１％の線より３μ以上深い位置に存
在する溝）の交叉半角は２３度とした。

又従来品としてはあらさ２．３μＲｚで、第１段階のホ
ーニングのみにより製作したものを用い、溝の角度は１
５度とした。

使用したエンジンの諸元は次の通りである。

形式 直列６気筒４サイクルデイ一ゼルエンジン内径×
行程 ９８Ｘ１２０７＋２７７１ 排気量 ５４３０ｃｃ 最高出力 １３５ ｐｓ／３１００ ｒｐｍ最大トルク
３５．０ｋｇ−ｍ／ ２０００ ｒｐｍ圧縮比 １９
．０ 潤滑油 ５ＡＥ２０ 潤滑油温 ８０〜９０℃ 使用ピストンリング 第１圧縮リング 外周硬質クロムメッキバレルフェイス 第２圧縮リング 外周硬質クロムメッキテーパフェイス 油掻きリング 外周硬質クロムメッキコイルエキスパン
ダ付 運転状態 ２８０ Ｏｒｐｍ １００ ｐｓ以上の実
験の結果、第７図に示すような曲線イ。

口が得られた。

これによれば本発明品を示す曲線イは従来品を示す曲線
口よりも早く潤滑油消費量が減少し、ならし運転の完了
が早く潤滑油の消費が少ないことを示している。

本発明によるシリンダは、以上のようにならし運転が早
く完了するばかりでなく、その間の潤滑油の消費量が少
なく、しかもならし運転中、ならし運転後を問わずピス
トン等の摩耗を低減し、ピストン等を損傷する濯のない
シリンダとして極めて有用なものであり、機関性能の維
持向上に寄与する効果が犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図はシリンダライナの縦断側面図、第２図は第１図
のＡ部拡大図、第３図は第２図の拡大Ｘ−Ｘ断面図、第
４〜６図は断面曲線とプラトウ率及び溝数との関係を示
し、ａは断面曲線、ｂはプラトウ率、Ｃは溝数を示す線
図であり、第７図は本発明品と従来品を比較した実験の
結果を示す線図である。 １：シリンダライナ、２：内周面、３：溝、４：上端面
、４ａ：上端面４に平行な直線、５：断面曲線、６，７
，８：基線、９，９ａ：基線６に平行な線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内周面にホーニングによる研削痕として交叉した溝
   を有する鋳鉄製シリンダにおいて、プラトウ率１％の基
   線とプラトウ率８０％の基線との間隔が２μ以下、プラ
   トウ率１％の基線から３μ以上の深さにある溝が基準長
   さ２．５ ｍｙｎ当９６個以上で、プラトウ率８０％の
   基線より深い位置にある溝がシリンダ軸と直角な直線と
   なす角度が１０〜３０度となることを特徴とするピスト
   ンエンジン用シリンダ。