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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Zylinder, bei dem ein Kolben
an einer Bohrungsoberfläche des Zylinders gleitet, und
insbesondere einen Zylinder, der eine geringere Hin- und Herbewegungsreibung
bei einem Kolben realisiert.
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Stand der Technik
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Umweltprobleme,
wie globale Erwärmung, sind weltweit in den Nachrichten,
so dass die Entwicklung in der Technik zum Verbessern der Kraftstoffeffizienz
eines Verbrennungsmotors zur Reduzierung von CO2 in der
Atmosphäre eine große Herausforderung ist. Dazu
ist auch die Reduzierung eines Reibungsverlustes eines gleitenden
Glieds gefragt, das für einen Motor oder dergleichen verwendet
wird. Angesichts der Nachfrage wurde in den letzen Jahren die Technik
für Material, Oberflächenprozess und Reformierungs-
bzw. Weiterentwicklungstechnologie eines gleitenden Glieds entwickelt,
das eine exzellente Verschleißfestigkeit und Fressfestigkeit
aufweist und in der Lage ist, den Effekt des Reduzierens von Reibungskraft
maximal auszudrücken.
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Um
die Energieeffizienz einer einen Zylinder verwendenden Vorrichtung
zu verbessern, beispielsweise den Kraftstoffverbrauch eines Verbrennungsmotors,
Um die Hin- und Herbewegungsreibung zu reduzieren, ist die Reduzierung
der Oberflächenrauheit der Bohrungsoberfläche
des Zylinders ein geeignetes Mittel. Wenn die Oberflächenrauheit
jedoch zu gering ist, dann existiert kaum Schmieröl, das
in der Bohrungsoberfläche gehalten wird, und dies verursacht
die Unannehmlichkeit bzw. Schwierigkeit, dass sich die Fressfestigkeit
verschlechtert.
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Um
die Fressfestigkeit zu verbessern, ist in Patentdokument 1 eine
Zylinderlaufbuchse so gebildet, dass die Oberflächenrauheit
der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse von der oberen
Totpunktseite zu der unteren Totpunktseite des Kolbens zunimmt.
In Patentdokument 1 jedoch ist die Oberflächenrauheit an dem
unteren Totpunkt und der Hubmittenregion groß. Folglich
besteht die Unannehmlichkeit bzw. Schwierigkeit, dass die Hin- und
Herbewegungsreibung zunimmt.
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Das
Patentdokument 2 offenbart eine Technik zum Reduzieren einer Hin-
und Herbewegungsreibung zwischen einem Kolbenring und einer Zylinderlaufbuchse
durch Ausbilden von Vertiefungen in der Bohrungsoberfläche
der Zylinderlaufbuchse. In dem Patentdokument 2 ist die Zylinderlaufbuchse
gemäß Variationen der Gleitgeschwindigkeit in
der Zylinderaxialrichtung in eine Mehrzahl von Regionen unterteilt
und die Formen der Vertiefungen sind je nach Region unterschiedlich
ausgeführt, wodurch der Effekt des Reduzierens der Hin-
und Herbewegungsreibung verstärkt wird. In dem Patentdokument
2 jedoch ist eine Anzahl kreisförmiger Vertiefungen zumindest
in Abschnitten um die gleitenden Enden bzw. Gleitenden herum gebildet,
an denen ein gleitendes Glied an einer Gleitoberfläche
umdreht. Da in den Fällen, wo die Vertiefungen in den Abschnitten
nahe der gleitenden Enden gebildet sind, die Gleitgeschwindigkeit
abnimmt, wenn der Kolben den oberen Totpunkt und den unteren Totpunkt
erreicht, besteht die Unannehmlichkeit bzw. Schwierigkeit, dass
der Ölfilm dünn wird, die Tendenz besteht, dass
ein metallischer Kontakt auftritt, und die Reibung zunimmt.
- Patentdokument
1: japanische Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 8-200145
- Patentdokument 2: japanische
Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2007-46660
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Offenbarung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösende
Probleme
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts der Probleme geschaffen und
es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Zylinder bereitzustellen,
der eine reduzierte Hin- und Herbewegungsreibung zwischen einem Kolbenring
und der Bohrungsoberfläche des Zylinders in einer Region
realisiert, wo der Kolbenring gleitet.
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Mittel zum Lösen
des Problems
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Um
die Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung
einen Zylinder bereit, bei dem ein Kolben an einer Bohrungsoberfläche
des Zylinders gleitet, wobei eine Mehrzahl von Aussparungen in einer
Hubmittenregion in der Bohrungsoberfläche des Zylinders
gebildet ist, wobei die Hubmittenregion eine Region zwischen einer
unteren Flächenposition einer Ringnut bzw. -rille für
einen unteren Kolbenring an einem oberen Totpunkt des Kolbens und
einer oberen Flächenposition einer Ringnut bzw. -rille
für einen oberen Kolbenring an einem unteren Totpunkt des
Kolbens ist, wobei die Gesamtheit der Bereiche aller Aussparungen
in der Spanne von 1% bis 80% liegt, wenn ein Bereich der Hubmittenregion
100% beträgt, und die Aussparungen nicht in einer anderen
Region als der Hubmittenregion der Bohrungsoberfläche des
Zylinders gebildet sind.
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In
der Erfindung ist der Oberflächenprozess der Bohrungsoberfläche
des Zylinders gemäß bzw. je nach Position der
Zylinderaxialrichtung unterschiedlich gemacht. Folglich kann in
der Region, wo der Kolbenring gleitet, die Hin- und Herbewegungsreibung
zwischen dem Kolbenring und der Bohrungsoberfläche des
Zylinders reduziert werden. Durch Festlegen des Bildungsflächenverhältnisses
der Vertiefungen in der Hubmittenregion innerhalb der Spanne wird
der Kontaktbereich kleiner und die Reibungskraft, die durch einen
Scherwiderstand des Schmieröls verursacht wird, kann klein
gehalten werden.
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In
der vorliegenden Erfindung ist eine Zylinderlaufbuchse an einer
Innenseite des Zylinders angebracht und die Mehrzahl von Aussparungen
kann in der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse gebildet sein.
Selbst in dem Fall, wo Aussparungen wie oben beschrieben in der
Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse gebildet sind,
die an der Innenseite des Zylinders angebracht ist, und der Kolben
an der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse gleitet,
kann die vorliegende Erfindung Effekte erzielen, die gleich denjenigen in
dem Fall sind, wo die Zylinderlaufbuchse nicht gebildet ist und
die Aussparungen in der Bohrungsoberfläche des Zylinders
gebildet sind.
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In
der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise zumindest eine der Mehrzahl
von Aussparungen in allen Sektionen bzw. Abschnitten einer Zylinderumfangsrichtung
in der Hubmittenregion gebildet. Durch Bilden einer Mehrzahl von
Aussparungen, so dass diese in der Zylinderaxialrichtung überlappen,
kann der Kontaktbereich effizient und einheitlich bzw. gleichmäßig
reduziert werden.
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In
der vorliegenden Erfindung beträgt ein Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil
Rz in der Region, wo die Aussparungen nicht gebildet sind, in der
Hubmittenregion 4 μm oder weniger. Mit der Konfiguration
kann selbst in dem Fall, wo die Aussparungen gebildet sind, die
Hin- und Herbewegungsreibung reduziert werden. Das Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil
Rz ist durch JIS B0601-1994 spezifiziert.
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In
der vorliegenden Erfindung ist eine durchschnittliche Länge
in Zylinderaxialrichtungen der Aussparungen vorzugsweise gleich
oder geringer als eine Länge in einer Zylinderaxialrichtung
des unter den verwendeten Kolbenringen oberen Kolbenrings. Mit der
Konfiguration können hermetische Eigenschaften in dem Zylinder
hoch bzw. sehr stark gehalten werden.
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In
der vorliegenden Erfindung liegt eine durchschnittliche Länge
in Zylinderradialrichtungen der Aussparungen vorzugsweise in der
Spanne von 2 μm bis 1000 μm. Mit der Konfiguration
kann der Einfluss des Scherwiderstands des Schmieröls bei
der Hin- und Herbewegungsreibung effizient reduziert werden.
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In
der Erfindung kann der Zylinder für einen Verbrennungsmotor
verwendet werden. Ein Zylinder wird häufig für
einen Verbrennungsmotor verwendet und dies ist ein Gebiet, auf dem
eine Verbesserung der Energieeffizienz besonders gefragt ist. Durch
Verwendung des Zylinders der Erfindung kann daher ein hoher bzw. sehr
starker Effekt erzielt werden.
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Effekt der Erfindung
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Der
Zylinder der vorliegenden Erfindung erzeugt den Effekt, dass in
einer Region, wo der Kolbenring gleitet, die Hin- und Herbewegungsreibung
zwischen dem Kolbenring und der Bohrungsoberfläche des
Zylinders reduziert werden kann und die Energieeffizienz einer den
Zylinder verwendenden Vorrichtung verbessert werden kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine exemplarische Darstellung, die ein Beispiel einer Bildungsposition
von Aussparungen in einer Bohrungsoberfläche einer Zylinderlaufbuchse
zeigt, die an der Innenseite eines Zylinders der vorliegenden Erfindung
angebracht ist.
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2 ist
eine exemplarische Darstellung, die ein Beispiel einer Spanne einer
Hubmittenregion in dem Zylinder der Erfindung zeigt.
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3A bis 3J sind
schematische Entwicklungsdarstellungen, die Beispiele der Form einer
Aussparung zeigen, die in dem Zylinder der Erfindung gebildet ist.
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4A und 4B sind
jeweils schematische Entwicklungsdarstellungen, die Beispiele des
Layouts bzw. der Anordnung von Aussparungen zeigen, die in dem Zylinder
der Erfindung gebildet sind.
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5A und 5B sind
jeweils eine schematische Entwicklungsdarstellung und ein schematischer Querschnitt,
welche die Abmessungen und Position einer Aussparung erläutern,
die in dem Zylinder der Erfindung gebildet ist.
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6A bis 6D sind
schematische Entwicklungsdarstellungen, die ein weiteres Beispiel
des Layouts bzw. der Anordnung der Aussparungen in dem Zylinder
der Erfindung zeigen.
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7A und 7B sind
jeweils ein schematischer Querschnitt und eine schematische Entwicklungsdarstellung,
die das Flächenverhältnis in dem Zylinder der
Erfindung erläutern.
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8 ist
ein schematischer Querschnitt, der Abmessungen einer Zylinderlaufbuchse
zeigt, die in einem Beispiel der Erfindung verwendet wird.
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9 ist
eine schematische Draufsicht, die einen Maskierbogen bzw. -blech
zeigt, der bzw. das zum Bilden von Aussparungen in dem Beispiel
der Erfindung verwendet wird.
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10 ist
ein schematischer Querschnitt, der einen Zustand zum Zeitpunkt des
Bildens von Aussparungen in dem Beispiel der Erfindung zeigt.
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11 ist
ein schematischer Querschnitt, der die Konfiguration einer Vorrichtung
zeigt, die zum Messen einer Hin- und Herbewegungsreibung in dem
Beispiel der Erfindung verwendet wird.
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12 ist
ein Graph, der ein Messergebnis in dem Beispiel der Erfindung zeigt.
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13 ist
ein Graph, der ein weiteres Messergebnis in dem Beispiel der Erfindung
zeigt.
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14 ist
ein Graph, der noch ein weiteres Messergebnis in dem Beispiel der
Erfindung zeigt.
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15 ist
ein Graph, der noch ein weiteres Messergebnis in dem Beispiel der
Erfindung zeigt.
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- 1
- Zylinderlaufbuchse
- 2
- Bohrungsoberfläche
- 3
- Aussparung
- 4
- Hubmittenregion
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Beste Modi zum Ausführen
der Erfindung
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Ein
Zylinder der vorliegenden Erfindung ist ein Zylinder, bei dem ein
Kolben an einer Bohrungsoberfläche des Zylinders gleitet,
wobei eine Mehrzahl von Aussparungen in einer Hubmittenregion in
der Bohrungsoberfläche des Zylinders gebildet ist, wobei
die Hubmittenregion eine Region zwischen einer unteren Flächenposition
einer Ringnut bzw. -rille für einen unteren Kolbenring
an einem oberen Totpunkt des Kolbens und einer oberen Flächenposition
einer Ringnut bzw. -rille für einen oberen Kolbenring an
einem unteren Totpunkt des Kolbens ist, wobei die Gesamtheit der
Bereiche aller Aussparungen in der Bohrungsoberfläche des
Zylinders in der Spanne von 1% bis 80% liegt, wenn ein Bereich der
Hubmittenregion 100% beträgt, und die Aussparungen nicht
in einer anderen Region als der Hubmittenregion gebildet sind.
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Der
Zylinder der vorliegenden Erfindung ist nicht beschränkt,
solange Aussparungen wie oben beschrieben gebildet sind. Der Zylinder
der Erfindung erzeugt den Effekt, dass er durch die Form der Bohrungsoberfläche,
in der die Aussparungen gebildet sind, eine Hin- und Herbewegungsreibung
bei einem Kolben reduziert. Solange ein Zylinder in Kombination
mit einem Kolben verwendet wird und der Kolben an der Bohrungsoberfläche
des Zylinders gleitet, kann ein ähnlicher Effekt unabhängig
von Faktoren wie Verwendung, Art und Material des Zylinders erzielt
werden. Folglich kann der Zylinder der Erfindung auch als Zylinder
für einen Verbrennungsmotor, wie einem Motor für
ein Fahrzeug oder ein Flugzeug, eine Brennkraftmaschine mit externer
Verbrennung, wie einem Stirling-Motor, und zusätzlich für
einen Motor verwendet werden, der keine Wärmekraftmaschine
ist, wie ein Kompressor.
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Es
gibt einen Zylinder, bei dem eine Zylinderlaufbuchse fixiert ist
und ein Kolben an der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse
gleitet (im Folgenden kann der Zylinder als ein Zylinderlaufbuchsentyp
beschrieben werden), und es gibt einen Zylinder, bei dem die Zylinderlaufbuchse
nicht fixiert ist und ein Kolben direkt an der Bohrungsoberfläche
des Zylinders gleitet (im Folgenden kann der Zylinder als ein laufbuchsenloser
Typ beschrieben werden). Die vorliegende Erfindung kann unabhängig
vom Vorhandensein oder Fehlen der Zylinderlaufbuchse auf die Zylinder
angewandt werden.
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Im
Folgenden werden die Ausführungsformen (Zylinderlaufbuchsentyp
und laufbuchsenloser Typ) der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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A. Erste Ausführungsform (Zylinderlaufbuchsentyp)
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Bei
einem Zylinder der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist eine Zylinderlaufbuchse an der Innenseite des Zylinders
fixiert und eine Mehrzahl von Aussparungen ist in der Bohrungsoberfläche
der Zylinderlaufbuchse gebildet. In der Ausführungsform
sind die Bohrungsoberfläche des Zylinders und die Außenwandoberfläche
der Zylinderlaufbuchse fixiert und der Kolben gleitet an der Bohrungsoberfläche
der Zylinderlaufbuchse. Folglich können bzw. müssen
die Aussparungen nicht für die Bohrungsoberfläche
des Zylinders vorgesehen sein, an der die Außenwandoberfläche
der Zylinderlaufbuchse fixiert ist. Stattdessen sind die Aussparungen
in der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse gebildet,
an welcher der Zylinder tatsächlich gleitet.
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Im
Folgenden wird der Zylinder der Ausführungsform mit Bezug
auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine
exemplarische Darstellung, die ein Beispiel einer Bildungsposition
von Aussparungen in der Bohrungsoberfläche einer Zylinderlaufbuchse
zeigt, die an der Innenseite eines Zylinders der Ausführungsform
angebracht ist. Wie es in 1 gezeigt
ist, ist eine Mehrzahl von Aussparungen 3 in einer Bohrungsoberfläche 2 einer
Zylinderlaufbuchse 1 in der Ausführungsform gebildet.
Die Aussparungen 3 sind nur in einer Hubmittenregion 4 in
der Bohrungsoberfläche 2 der Zylinderlaufbuchse 1 gebildet,
und es sind keine Aussparungen 3 in einer anderen Region
als der Hubmittenregion 4 gebildet. Die Hubmittenregion 4 ist
eine Region zwischen einer unteren Flächenposition einer
Ringnut bzw. -rille für einen unteren Kolbenring an einem
oberen Totpunkt des Kolbens und einer oberen Flächenposition
einer Ringnut bzw. -rille für einen oberen Kolbenring an
einem unteren Totpunkt des Kolbens.
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2 ist
ein schematischer Querschnitt, der ein Beispiel der Spanne der Hubmittenregion 4 in
der Zylinderlaufbuchse zeigt, die an der Innenseite des Zylinders
der Ausführungsform fixiert ist. 2 ist ein
Querschnitt, der sowohl einen Kolben 21a an der oberen
Totpunkt-Stoppposition als auch einen Kolben 21b an der unteren
Totpunkt-Stoppposition zeigt, wenn sich der Kolben hin und her bewegt.
Die Hubmittenregion 4 ist eine Region in der Bohrungsoberfläche 2 der
Zylinderlaufbuchse 1 von der Position einer unteren Fläche 24 einer Ringnut
bzw. -rille 23 für einen unteren Kolbenring 22 des
Kolbens 21a in der oberen Totpunkt-Stoppposition bis zu
der Position einer oberen Fläche 27 einer Ringnut
bzw. -rille 26 für einen oberen Kolbenring 25 an
einer unteren Totpunkt-Stoppposition 21b. 2 zeigt
den Kolben, der eine Konfiguration aufweist, die drei Kolbenringe
(einen ersten Druckring, einen zweiten Druckring und einen Ölsteuer-
bzw. -regel- bzw. -abstreifring) verwendet. Ein unterer Kolbenring 22 ist
der Ölabstreifring und der obere Kolbenring 25 ist
der erste Druckring.
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Um
die Energieeffizienz einer Vorrichtung zu verbessern, bei welcher
der Zylinder verwendet wird, beispielsweise um den Kraftstoffverbrauch
eines Motors zu verbessern, ist es effektiv, den Reibungsverlust
zwischen einem Kolbenring und der Bohrungsoberfläche eines
Zylinders (in der Ausführungsform der Bohrungsoberfläche
der Zylinderlaufbuchse) zu reduzieren. Obwohl das Verfahren zum
Reduzieren des Reibungsverlusts je nach Gleitbedingungen variiert, insbesondere
da der Kolben Eigenschaften, wie dass die Geschwindigkeit an dem
oberen und dem unteren Totpunkt Null wird, aufweist, variiert das
Verfahren je nach Gleitposition. Folglich kann bei der Zylinderlaufbuchse,
die an der Innenseite des Zylinders der Ausführungsform
angebracht ist, durch Ausbilden von Aussparungen lediglich in der
Hubmittenregion in der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse
die Reibungskraft in der Region des gesamten Gleitprozesses reduziert
werden.
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Genauer
gesagt kann nahe dem oberen Totpunkt und nahe dem unteren Totpunkt,
wo die Bewegungsgeschwindigkeit relativ gering ist, die Hin- und
Herbewegungsreibung reduziert werden, indem die Oberflächenrauheit
der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse reduziert
wird. In der Hubmittenregion als einer Region, in der die Gleitgeschwindigkeit
zwischen der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse
und dem Kolbenring hoch ist, ist jedoch der Einfluss des Scherwiderstands
von Schmieröl groß. Folglich wird in der Ausführungsform
durch Ausbilden von Aussparungen in der Hubmittenregion in der Bohrungsoberfläche
der Zylinderlaufbuchse, die an der Innenseite des Zylinders fixiert
ist, der Kontaktbereich zwischen dem Kolbenring und der Bohrungsoberfläche
der Zylinderlaufbuchse reduziert. Dies ermöglicht eine
Reduzierung des Einflusses des Scherwiderstands von Schmieröl.
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In
dem Fall, wo Aussparungen in der gesamten Region gebildet sind,
in welcher der Kolbenring gleitet (wobei Aussparungen auch in einer
anderen Region als der Hubmittenregion gebildet sind), wird der
Kontaktbereich kleiner, so dass der Kontaktoberflächendruck
zunimmt. Nahe dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt wird
eine Grenzschmierung erreicht, so dass die Reibungskraft zunimmt.
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Im
Folgenden wird solch ein Zylinder der Ausführungsform detailliert
Punkt für Punkt beschrieben.
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1. Hubmittenregion
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Zunächst
wird die Hubmittenregion als eine Region beschrieben, in der die Aussparungen
in der Ausführungsform gebildet sind.
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In
der Ausführungsform ist die „Hubmittenregion” wie
oben beschrieben eine Region zwischen einer unteren Flächenposition
einer Ringnut bzw. -rille für einen unteren Kolbenring
an einem oberen Totpunkt eines Kolbens und einer oberen Flächenposition
einer Ringnut bzw. -rille für einen oberen Kolbenring an
einem unteren Totpunkt des Kolbens. Wie es beispielsweise in 2 gezeigt
ist, ist in dem Fall, wo drei Kolbenringe in der Reihenfolge erster
Druckring, zweiter Druckring und Ölabstreifring von der
Oberseite des Kolbens angeordnet sind, das obere Ende der Hubmittenregion
in der Position der unteren Fläche der Ringnut für
den Ölabstreifring und das untere Ende in der Position
der oberen Fläche der Ringnut für den ersten Druckring.
In der Ausführungsform sind die Aussparungen nur in der
Hubmittenregion gebildet, und es sind keine Aussparungen in einer
anderen Region als der Hubmittenregion gebildet. Die Ausführungsform
ist nicht auf die Konfiguration beschränkt, welche die
drei Kolbenringe verwendet, sondern kann gleichermaßen
für eine Konfiguration, die zwei Kolbenringe verwendet
(einen Druckring und einen Ölabstreifring), und eine Konfiguration
aus einem Kolbenring (ein Kolben, der die Gasdichtung und die Ölsteuerung
bzw. -regelung bzw. -abstreifung durchführt) angewandt
werden.
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2. Aussparung
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Als
nächstes werden Aussparungen beschrieben, die in der Hubmittenregion
in der Bohrungsoberfläche einer Zylinderlaufbuchse gebildet
sind, die an der Innenseite des Zylinders der Ausführungsform
fixiert ist.
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In
der Ausführungsform ist die Form der Aussparung, die in
der Hubmittenregion gebildet ist, nicht näher eingeschränkt,
sondern kann je nach Faktoren, wie Layout bzw. Anordnung der Aussparungen
geeignet eingestellt werden. Wie es beispielsweise in 3A bis 3J gezeigt
ist, können Aussparungen gebildet sein, die Formen aufweisen,
die durch eine gerade Linie und/oder eine gekrümmte Linie
konstruiert sind. Die Aussparung kann eine horizontal längliche
Form wie in 3A bis 3C, eine
vertikal längliche Form wie in 3D bis 3G oder
eine Form aufweisen, die ein nahezu gleiches Verhältnis
von horizontal zu vertikal aufweist, wie in 3H bis 3J.
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Um
den Kontaktbereich effizient und gleichmäßig bzw.
einheitlich zu reduzieren ist in der Ausführungsform zumindest
eine Aussparung der Mehrzahl von Aussparungen vorzugsweise in allen
Sektionen bzw. Abschnitten in Umfangsrichtung des Zylinders in der
Hubmittenregion gebildet. Wenn man die Sektionen in Umfangsrichtung
betrachtet, ist, falls keine Aussparung in einer bestimmten Sektion
gebildet ist und wenn der Kolbenring durch die Sektion tritt, der
Kontaktbereich zwischen dem Kolbenring und der Bohrungsoberfläche
der Zylinderlaufbuchse größer als derjenige in
dem Fall, wo der Kolbenring durch eine Sektion tritt, in der eine Mehrzahl
von Aussparungen gebildet ist. Daher ist in dem Fall, wo der Kolbenring
durch die Sektion tritt, in der keine Aussparung gebildet ist, der
Einfluss des Scherwiderstands des Schmieröls groß.
Als ein Ergebnis ist die Hin- und Herbewegungsreibung groß.
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In
dem Fall jedoch, wo zumindest eine Aussparung der Mehrzahl von Aussparungen
in allen Sektionen in Umfangsrichtung des Zylinders in der Hubmittenregion
gebildet ist, wie es oben beschrieben ist, kann der Kontaktbereich
zuverlässig und einheitlich reduziert werden, auch wenn
der Kolbenring durch eine der Sektionen in Umfangsrichtung in der
Hubmittenregion tritt. Somit kann die Hin- und Herbewegungsreibung
zuverlässig reduziert werden und es kann ein hoher Reproduktionsreibungskraft-Reduzierungseffekt,
d. h. ein Reibungskraftreduzierungseffekt mit hoher Reproduktionsfähigkeit
erzielt werden.
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Als
Beispiele für den Zustand in der Ausführungsform
wo „zumindest eine Aussparung der Mehrzahl von Aussparungen
in allen Sektionen in Umfangsrichtung des Zylinders gebildet ist”,
können die in 4A und 4B gezeigten
Fälle genannt werden. 4A und 4B sind
schematische Entwicklungsdarstellungen, die ein Layout- bzw. Anordnungsbeispiel
der Aussparungen 3 in der Hubmittenregion 4 in 1 zeigen.
In 4A und 4B ist
die vertikale Richtung der Zeichnungen die axiale Richtung des Zylinders
und die horizontale Richtung der Zeichnungen die Umfangsrichtung
des Zylinders. Wie es in 4A gezeigt
ist, entspricht die Linie X, die in der Umfangsrichtung des Zylinders
gezeichnet ist, dem untersten Punkt 5a einer Aussparung 3a,
und der unterste Punkt 5a ist unterhalb des höchsten
Punkts 6b einer nächstgelegenen Aussparung 3b positioniert.
Die Linie Y, die in der Umfangsrichtung des Zylinders gezeichnet
ist, entspricht dem untersten Punkt 5b der Aussparung 3b,
und der unterste Punkt 5b ist unterhalb des höchsten
Punkts 6c der nächstgelegenen Aussparung 3c positioniert.
Durch Anordnen der Aussparungen nahe aneinander in vertikaler Richtung,
so dass diese in der Zylinderaxialrichtung überlappen,
kann zumindest eine Aussparung der Mehrzahl von Aussparungen in
allen Querschnitten in Umfangsrichtung des Zylinders gebildet sein.
Mit dieser Konfiguration kann beim Hin- und Herbewegen des Kolbens
der Kontaktbereich mit der Zylinderbohrungsoberfläche an
jeder Position in der Zylinderaxialrichtung des gleitenden Kolbenrings
in der Hubmittenregion reduziert werden und ein Effekt des Reduzierens
der Hin- und Herbewegungsreibung erzeugt werden.
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4B ist
ebenfalls eine schematische Entwicklungsdarstellung ähnlich
der 4A und zeigt ein Layout-Beispiel der Aussparungen 3 in
der Hubmittenregion 4 in 1. In 4B ist
ebenfalls die vertikale Richtung der Zeichnung die axiale Richtung
des Zylinders und die horizontale Richtung der Zeichnung die Umfangsrichtung
des Zylinders. In 4A sind die Aussparungen 3 mit
einem Flächenverhältnis gebildet, das in der Zylinderaxialrichtung
einheitlich ist (das Verhältnis des Gesamtbereichs aller
Aussparungen, wenn der Bereich der Hubmittenregion 100% beträgt).
Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt.
Wie es in 4B gezeigt ist, kann das Flächenverhältnis
der Aussparungen 3 nahe den Enden der Hubmittenregion 4 in
der Zylinderaxialrichtung niedrig und um die Mitte der Hubmittenregion 4 herum
hoch sein.
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In
der Ausführungsform sind die Abmessungen der Aussparung
nicht eingeschränkt, sondern können je nach Faktoren,
wie Abmessungen des Zylinders und des Kolbenrings, der zusammen
mit dem Zylinder verwendet wird, geeignet eingestellt werden. Obwohl
die Aussparung so gebildet sein kann, dass sie die Hubmittenregion in
der Zylinderaxialrichtung penetriert, ist vom Standpunkt des Haltens
bzw. Beibehaltens hermetischer Eigenschaften des Zylinders die durchschnittliche
Länge in der Zylinderaxialrichtung der Aussparung vorzugsweise
gleich der oder geringer als die Länge in der Zylinderaxialrichtung
eines von verwendeten Kolbenringen oberen Kolbenrings. Die durchschnittliche
Länge in der Zylinderaxialrichtung der Aussparung ist vorzugsweise
gleich oder größer als 0,2 mm, und bevorzugter
0,5 mm oder größer, so dass der Effekt des Ausbildens
der Aussparungen hinreichend erzielt werden kann.
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Die
durchschnittliche Länge in der Zylinderumfangsrichtung
der Aussparung liegt vorzugsweise in der Spanne von 0,1 mm bis 15
mm, und bevorzugter 0,3 mm bis 5 mm. In dem Fall, wo die durchschnittliche
Länge in der Zylinderumfangsrichtung der Aussparung geringer
ist als die Spanne, kann der Effekt des Ausbildens der Aussparung
nicht hinreichend erzielt werden. In dem gegenteiligen Fall, wo
die durchschnittliche Länge in der Umfangsrichtung die
Spanne übersteigt, kann die Unannehmlichkeit bzw. Schwierigkeit
auftreten, dass ein Teil des Kolbenrings in die Aussprung gelangt
und sich der Kolbenring verformt.
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Vorzugsweise
liegt die durchschnittliche Länge in der Zylinderdurchmesserrichtung
der Aussparung vorzugsweise in der Spanne von 2 μm bis
1000 μm, besonders in der Spanne von 2 μm bis
500 μm und insbesondere in der Spannen von 2 μm
bis 50 μm. In dem Fall, wo die durchschnittliche Länge
in der Zylinderdurchmesserrichtung der Aussparung geringer ist als
die Spanne, verhält es sich so, dass der Effekt des Ausbildens
der Aussparungen nicht hinreichend erzielt werden kann. In dem gegenteiligen
Fall, wo die durchschnittliche Länge in der radialen Richtung
die Spanne übersteigt, kann die Unannehmlichkeit bzw. Schwierigkeit
auftreten, dass das Be- bzw. Verarbeiten schwierig ist und es erforderlich
ist, die Länge in der radialen Richtung der Zylinderlaufbuchse
zu erhöhen (die Dicke zu erhöhen).
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In
der Ausführungsform liegt die durchschnittliche Länge
in der Zylinderumfangsrichtung zwischen den Aussparungen vorzugsweise
in der Spanne von 0,1 mm bis 15 mm, und noch bevorzugter in der
Spanne von 0,3 mm bis 5 mm.
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In
dem Fall, wo die durchschnittliche Länge in der Zylinderumfangsrichtung
zwischen den Aussparungen geringer ist als die Spanne, ist die Bohrungsoberfläche
der Zylinderlaufbuchse, an welcher der Kolbenring gleitet, zu schmal
und der Kolbenring kann nicht auf stabile Weise an der Bohrungsoberfläche
der Zylinderlaufbuchse gleiten. In dem gegenteiligen Fall, wo die
durchschnittliche Länge in der Zylinderumfangsrichtung
zwischen den Aussparungen die Spanne übersteigt, kann der
Effekt des Ausbildens der Aussparung nicht hinreichend erzielt werden.
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In
der Ausführungsform gibt die durchschnittliche Länge
der Aussparungen die durchschnittliche Länge jedes der
in 5A und 5B gezeigten
Teile an. 5A ist eine schematische Entwicklungsdarstellung, deren
vertikale Richtung der Zylinderaxialrichtung der Bohrungsoberfläche
der Zylinderlaufbuchse entspricht. 5B ist
ein schematischer Querschnitt in der Umfangsrichtung der Zylinderlaufbuchse.
Wie es in 5A gezeigt ist, gibt die durchschnittliche
Länge in der axialen Richtung der Aussparung die durchschnittliche
Länge der Aussparungen 3 in der Zylinderaxialrichtung
an.
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Die
durchschnittliche Länge in der Umfangsrichtung der Aussparung 3 ist
ein Durchschnitt der Länge der Aussparungen 3 in
der Zylinderumfangsrichtung, wie es in 5A gezeigt
ist. Wie es in 5B gezeigt ist, gibt die durchschnittliche
Länge in der Umfangsrichtung der Aussparung 3 durchschnittliche
Längen in den Oberflächen einschließlich
der Bohrungsoberfläche 2 an, und der Bereich der
Aussparung gibt gleichermaßen an.
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Die
Länge in der radialen Richtung der Aussparung 3 ist
die durchschnittliche Länge von der unteren Oberfläche
der Aussparung 3 zu der Bohrungsoberfläche 2 der
Zylinderlaufbuchse 1, wie es in 5B gezeigt ist.
Die durchschnittliche Länge in der Umfangsrichtung des
Zylinders zwischen den Aussparungen ist der Durchschnitt der Länge
zwischen benachbarten Aussparungen 3, wie es in 5A und 5B gezeigt
ist.
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In
der Ausführungsform ist das Layout der Aussparungen nicht
näher eingeschränkt.
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Beispielsweise
sind 6A bis 6D Entwicklungsdarstellungen
des Entwickelns des Innenumfangs der Zylinderlaufbuchse zu bzw.
in der Umfangsrichtung. Wie es in 6A gezeigt
ist, können die Aussparungen so gebildet sein, dass sie
die Hubmittenregion in der Zylinderaxialrichtung penetrieren. Wie
es in 6B gezeigt ist, kann die Aussparung
spiralförmig in der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse
gebildet sein. Wie es in 6C und 6D gezeigt
ist, können die Aussparungen, die jeweils eine spezifische
Länge in der Zylinderaxialrichtung aufweisen, in vorbestimmten
Intervallen angeordnet sein. Ferner können die Aussparungen
unregelmäßig (zufällig) oder regelmäßig
angeordnet sein, wie es in 6A bis 6D gezeigt ist.
Zusätzlich können sich die Formen und Abmessungen
einer Mehrzahl von Aussparungen, die in der Bohrungsoberfläche
einer einzigen bzw. einzelnen Zylinderlaufbuchse gebildet sind,
voneinander unterscheiden oder gleich sein.
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In
der Ausführungsform ist eine Mehrzahl von Aussparungen
nur in der Hubmittenregion gebildet. Es ist ausreichend, dass die
Gesamtheit der Bereiche aller Aussparungen in der Spanne von 1%
bis 80% liegt, wenn ein Bereich der Hubmittenregion 100% beträgt,
und die Anzahl von Aussparungen, die pro Sektion bzw. Abschnitt
in der Zylinderumfangsrichtung oder dergleichen gebildet sind, ist
nicht näher eingeschränkt. In dem Fall jedoch,
dass die Anzahl von Aussparungen, die in einer Sektion bzw. Abschnitt
in der Zylinderumfangsrichtung gebildet sind, zu gering ist, können
der Effekt des Reduzierens der Hin- und Herbewegungsreibungskraft,
der durch das Ausbilden der Aussparungen erzielt wird, und des Reduzierens
des Kontaktbereichs nicht hinreichend erzielt werden. Folglich werden
in der Hubmittenregion Aussparungen vorzugsweise in einem Maße
gebildet, dass ein Hin- und Herbewegungsreibungskraft-Reduzierungseffekt
in allen Sektionen in der Zylinderumfangsrichtung erzielt wird.
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Die
Aussparung in dem Maße, dass ein Hin- und Herbewegungsreibungskraft-Reduzierungseffekt
erzielt wird, variiert je nach Faktoren wie der Hin- und Herbewegungsgeschwindigkeit
des Kolbens, der mitverwendet wird. In der Ausführungsform
jedoch liegt die Gesamtheit der Bereiche aller Aussparungen in der Spanne
von 1% bis 80%, vorzugsweise in der Spanne von 10% bis 60%, und
noch bevorzugter in der Spanne von 20% bis 50%, wenn ein Bereich
der Hubmittenregion 100% beträgt. Wenn das Flächenverhältnis
nicht in der Spanne liegt, kann der Effekt des Ausbildens der Aussparungen
nicht hinreichend erzielt werden. Wenn das Flächenverhältnis
die Spanne übersteigt, ist der Kontaktbereich zu klein
und es kann die Unannehmlichkeit bzw. Schwierigkeit auftreten, dass
der Kolbenring nicht auf stabile Weise an der Bohrungsoberfläche
der Zylinderlaufbuchse gleiten kann. Vom Standpunkt des Hin- und
Herbewegungsreibungskraft-Reduzierungseffekts aus liegt die Abmessung
der Aussparung in den oben beschriebenen bevorzugten Spannen. Folglich
ist es bevorzugt, die Anzahl von Aussparungen, die pro Sektion in
der Zylinderumfangsrichtung gebildet sind, so einzustellen, dass
das Flächenverhältnis in der Spanne liegt, die
als bevorzugte Spanne der Abmessungen der Aussparung in Betracht
kommt bzw. gezogen wird.
-
In
der Ausführungsform bedeutet „Gesamtheit der Bereiche
aller Aussparungen, wenn ein Bereich der Hubmittenregion 100% beträgt” das
Verhältnis der Gesamtheit von A1,
A2, A3, ..., An in dem Bereich der Hubmittenregion, wenn
die Bereiche der Aussparungen 3 A1,
A2, A3, ..., An sind, wie es in 7A und 7B gezeigt
ist. Das Flächenverhältnis wird ausgedrückt
durch die folgende Formel unter Verwendung der Gesamtheit Agesamt der Bereiche A1,
A2, A3, ..., An der Aussparungen 3 in der Hubmittenregion
und der Gesamtheit Bgesamt der Bereiche
B der Bohrungsoberfläche 2, anders als die Aussparungen 3 in
der Hubmittenregion. Wie es in 7A gezeigt
ist, ist der Bereich der Aussparung 3 nicht der Bereich
des Bodens der Aussparung 3, sondern der Bereich der Sektion
einschließlich der Bohrungsoberfläche 2.
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In
der Ausführungsform können die oben genannten
Faktoren, wie Form, Abmessungen, Layout und Flächenverhältnis
der Aussparungen in der gesamten Hubmittenregion gleich sein oder
je nach Region variieren. Beispielsweise kann in der Hubmittenregion
das Flächenverhältnis unter Regionen in der Zylinderaxialrichtung
variieren. Wie es in 4B gezeigt ist, kann das Flächenverhältnis
der Aussparungen in dem oberen und unteren Teil (nahe Enden) des
Hubmittenregion niedrig und in dem Mittelabschnitt der Hubmittenregion hoch
sein. Das Flächenverhältnis oder dergleichen kann
Schritt für Schritt oder kontinuierlich variieren.
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3. Zylinderlaufbuchse
-
Eine
Zylinderlaufbuchse wird in der Ausführungsform verwendet,
indem sie an der Bohrung eines Zylinders fixiert wird, der in Kombination
mit einem Kolben verwendet wird. Ein an dem Kolben angebrachter
Kolbenring gleitet an der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse.
In der Zylinderlaufbuchse, die an der Innenseite des Zylinders der
Ausführungsform fixiert ist, ist eine Mehrzahl von Aussparungen
nur in der Hubmittenregion gebildet. Es ist ausreichend, dass die
Gesamtheit der Bereiche aller Aussparungen in der Spanne von 1%
bis 80% liegt, wenn ein Bereich der Hubmittenregion 100% beträgt.
Faktoren wie die Abmessungen und das Material der Zylinderlaufbuchse
können geeignet in Abhängigkeit des mitverwendeten
Zylinders, der Betriebstemperatur und dergleichen eingestellt bzw.
angepasst werden.
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Vom
Standpunkt des Reduzierens der Hin- und Herbewegungsreibung zwischen
dem Kolbenring und der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse
beträgt in der Ausführungsform das Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil
Rz in der Region, wo die Aussparungen nicht gebildet sind, in der
Hubmittenregion vorzugsweise 4 μm oder weniger, bevorzugter
2 μm oder weniger, und noch bevorzugter 1 μm oder
weniger. In der Ausführungsform weisen vorzugsweise alle
Regionen, in denen der Kolbenring gleitet, wie die Region nahe dem
oberen Totpunkt, die Region nahe dem unteren Totpunkt und die Hubmittenregion
in der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse die oben
beschriebene Oberflächenrauheit auf. Das Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil
Rz ist durch JIS B0601-1994 spezifiziert.
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4. Zylinder
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In
der Ausführung kann jeder Zylinder verwendet werden, solange
die Zylinderlaufbuchse, in der Aussparungen wie oben beschrieben
gebildet sind, an der Innenseite des Zylinders fixiert werden kann.
Faktoren wie die Abmessungen und das Material des Zylinders können
geeignet in Abhängigkeit von den Abmessungen, der Betriebstemperatur
und dergleichen eines Motors, Kompressors oder dergleichen, in denen
der Zylinder verwendet wird, eingestellt bzw. angepasst werden.
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B. Zweite Ausführungsform (laufbuchsenloser
Typ)
-
In
einem Zylinder einer zweiten Ausführungsform der Erfindung
ist nicht wie in „Erste Ausführungsform” eine
Zylinderlaufbuchse fixiert, sondern die Aussparungen sind direkt
in der Bohrungsoberfläche des Zylinders gebildet und ein
Kolben gleitet direkt an der Bohrungsoberfläche des Zylinders.
-
In
der Ausführungsform kann jeder Zylinder verwendet werden,
solange Aussparungen wie oben beschrieben in der Bohrungsoberfläche
des Zylinders gebildet sind. Faktoren wie die Abmessungen und das
Material des Zylinders können geeignet in Abhängigkeit
von den Abmessungen, der Betriebstemperatur und dergleichen eines
Motors, Kompressors oder dergleichen, in denen der Zylinder verwendet
wird, eingestellt bzw. angepasst werden. Es gibt einen Fall, wo
ein Oberflächenprozess an der Bohrung des Zylinders durchgeführt wird.
Die Ausführungsform kann ungeachtet von Faktoren wie dem
Vorhandensein/Fehlen eines solchen Oberflächenprozesses
und der Qualität des Zylinderbasismaterials angewandt werden.
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Vom
Standpunkt des Reduzierens der Hin- und Herbewegungsreibung zwischen
dem Kolbenring und der Bohrungsoberfläche des Zylinders
beträgt in der Ausführungsform das Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil
Rz in der Region, wo die Aussparungen nicht gebildet sind, in der
Hubmittenregion vorzugsweise 4 μm oder weniger, bevorzugter
2 μm oder weniger, und noch bevorzugter 1 μm oder
weniger. In der Ausführungsform weisen vorzugsweise alle
Regionen, in denen der Kolbenring gleitet, wie die Region nahe dem
oberen Totpunkt, die Region nahe dem unteren Totpunkt und die Hubmittenregion
in der Bohrungsoberfläche des Zylinders die oben beschriebene
Oberflächenrauheit auf. Das Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil
Rz ist durch JIS B0601-1994 spezifiziert.
-
Da
der Zylinder dieser Ausführungsform ähnlich dem
Zylinder des Zylinderlaufbuchsentyps von „A. Erste Ausführungsform” ist,
ausgenommen, dass die Zylinderlaufbuchse nicht verwendet wird und
die Aussparungen in der Bohrungsoberfläche des Zylinders
gebildet sind, wird die Beschreibung nicht wiederholt. Das heißt „1.
Hubmittenregion” und „2. Aussparung” von „A.
Erste Ausführungsform” gelten wie sie sind für
den laufbuchsenlosen Typ der zweiten Ausführungsform. Der
Zylinder der zweiten Ausführungsform erzeugt ähnliche Effekte
wie in dem Fall von „A. Erste Ausführungsform”,
indem die Aussparungen wie oben beschrieben in der Hubmittenregion
in der Bohrungsoberfläche gebildet sind.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorhergehenden Ausführungsformen
beschränkt. Die Ausführungsformen sind veranschaulichend
und jegliche Sache, die im Wesentlichen die gleiche Konfiguration aufweist
wie die technische Idee, die im Rahmen der Ansprüche der
Erfindung beschrieben wird, und einen ähnlichen Effekt
erzeugt, ist in dem technischen Rahmen der Erfindung umfasst. Beispielsweise
kann als Material für die Zylinderbohrungsoberfläche
der Erfindung ein herkömmlich verwendetes Material, wie
Aluminium, eine Legierung auf Aluminiumbasis, Gusseisen, Gussstahl,
Stahl oder dergleichen verwendet werden.
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Beispiele
-
Die
vorliegende Erfindung wird unten genauer anhand von Beispielen und
Vergleichsbeispielen beschrieben.
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[Beispiel 1]
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Eine
Zylinderlaufbuchse wurde durch das folgende Verfahren hergestellt
und die Hin- und Herbewegungsreibungskraft der Zylinderlaufbuchse
wurde gemessen.
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(Be- bzw. Verarbeitung an Zylinderlaufbuchse)
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Aussparungen
wurden in der Hubmittenregion einer Zylinderlaufbuchse (Material:
FC250), die eine in 8 gezeigte Abmessung (mm) aufweist,
mit einem Maskierbogen bzw. -blech, das in 9 gezeigt
ist, durch den folgenden Vorgang gebildet. Die Aussparungen wurden
mit der in 5A gezeigten Form und Layout
gebildet.
- (1) Der Maskierbogen wurde an die
Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse angehaftet.
- (2) Wie es in 10 gezeigt ist, wurde ein Zylinder 91,
der aus einem Kupferblech hergestellt ist (Blechdicke: 0,5 mm und
Außendurchmesser des Zylinders: 74 mm), in eine Zylinderlaufbuchse 92 eingesetzt
und so fixiert, dass der Zwischenraum zwischen dem aus einem Kupferblech
hergestellten Zylinder 91 und der Zylinderlaufbuchse 92 einheitlich
bzw. gleichmäßig wird.
- (3) Die Zylinderlaufbuchse 92 von (2) wurde in einen
Behälter 93 eingesetzt.
- (4) Eine Korrosionslösung 94 wurde in den
Behälter 93 gegossen.
- (5) Eine Spannung von 1,5 V wurde unter Verwendung der Zylinderlaufbuchse 92 als
eine Anode und des Kupferblechzylinders 91 als eine Kathode
angelegt, um galvanische Korrosion zu verursachen.
- (6) Nach fünfminütiger Korrosion wurde die
Zylinderlaufbuchse 92 aus dem Behälter 93 genommen.
Als Abmessungen der Aussparung wurde die Länge in der Zylinderumfangsrichtung
auf 0,8 mm festgelegt, die Länge in der Zylinderaxialrichtung
auf 0,8 mm festgelegt und die durchschnittliche Länge in
der Zylinderradialrichtung auf 20 μm festgelegt. Die Form
(Abmessung) der Aussparung wurde gemessen durch Übertragen
der Form der Zylinderbohrungsoberfläche unter Verwendung
von Harz bezüglich der Länge in der Zylinderumfangsrichtung
und der Länge in der Zylinderaxialrichtung. Die durchschnittliche
Länge in der Zylinderradialrichtung ist ein Durchschnittswert,
der durch Messen durch Verschieben einer Sonde einer Messvorrichtung
für Oberflächenrauheit/Konturform in der Zylinderaxialrichtung
erhalten wird.
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(Messung der Hin- und Herbewegungsreibungskraft)
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Die
Hin- und Herbewegungsreibungskraft (N) der Zylinderlaufbuchse, die
durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt bzw. bearbeitet
wird, wurde unter Verwendung einer in 11 gezeigten
Vorrichtung gemessen. Die Länge h1 in der axialen Richtung
eines verwendeten Kolbenringprüfstücks betrug
1,2 mm, die Länge a1 in der radialen Richtung betrug 3,2
mm und die Spannung Ft in der Tangentiallinienrichtung des Kolbenrings
betrug 9,8 N. Die Drehgeschwindigkeit zum Messzeitpunkt der Hin-
und Herbewegungsreibungskraft betrug 50 bis 750 rpm, die Kolbenringumgebungstemperatur
betrug 80°C und Testöl mit einer SAE-Viskosität von
10 W bis 30 wurde verwendet.
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(Auswertung)
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12 zeigt
ein Messergebnis in dem Fall, wo das Flächenverhältnis
0%, 1%, 10%, 30%, 50%, 60%, 80% und 90% beträgt, wenn das
Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil Rz in dem Bereich, wo keine
Aussparungen gebildet sind, in der Bohrungsoberfläche der
Zylinderlaufbuchse 2 μm betrug, die durchschnittliche Länge
in der Zylinderradialrichtung der Aussparung 10 μm betrug
und die Drehgeschwindigkeit 750 rpm betrug. 12 zeigt
das Reibungskraftverhältnis, wenn die Reibungskraft eines
herkömmlichen Gegenstands, in dem die Aussparungen nicht
gebildet sind und das Flächenverhältnis 0% ist,
auf 1,00 festgelegt ist. Es ist ersichtlich aus 12,
dass die Reibungskraft effektiv abnimmt, wenn das Flächenverhältnis
in der Spanne von 1% bis 80% liegt, und minimal wird, wenn das Flächenverhältnis
50% beträgt. Als Grund hierfür wird folgender
angenommen. Wenn das Flächenverhältnis auf 50%
erhöht wird, nimmt die Reibungskraft auf Grund des Abnehmeffekts
in dem Kontaktbereich ab. Wenn das Flächenverhältnis
50% übersteigt, wird der Kontaktbereich kleiner, so dass
der Oberflächendruck des gleitenden Teils übermäßig
hoch wird und die Reibungskraft zunimmt.
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13 zeigt
ein Messergebnis in dem Fall, wo die durchschnittliche Länge
in der Zylinderradialrichtung der Aussparung 0 μm, 2 μm,
5 μm, 10 μm, 50 μm, 100 μm und
500 μm betrug, wenn das Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil
Rz in dem Bereich, wo keine Aussparungen in der Bohrungsoberfläche
der Zylinderlaufbuchse gebildet sind, 2 μm betrug, das
Flächenverhältnis 50% betrug und die Drehgeschwindigkeit
750 rpm betrug. 13 zeigt das Reibungskraftverhältnis,
wenn die Reibungskraft eines herkömmlichen Gegenstands,
in dem die Aussparungen nicht gebildet sind und die durchschnittliche
Länge in der Zylinderradialrichtung der Aussparung 0 μm
beträgt, auf 1,00 festgelegt ist. Es ist ersichtlich aus 13,
dass die Reibungskraft effektiv reduziert wird, wenn die durchschnittliche
Länge in der Zylinderradialrichtung der Aussparung 5 μm
oder mehr beträgt. Da als eine normale Ölfilmdicke
etwa 5 μm angenommen werden, indem bzw. wenn die durchschnittliche
Länge in der Zylinderradialrichtung der Aussparung auf
5 μm oder mehr festgelegt wird, kann das Schmieröl
vorübergehend in der Aussparung aufbewahrt werden, wenn
der Kolbenring passiert bzw. vorbeiläuft. Daher ist der
Zylinder unempfindlich für den Schwerwiderstand des Schmieröls.
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14 zeigt
ein Messergebnis in dem Fall, wo das Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil
Rz der Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse 0,5 μm,
2 μm, 4 μm und 5 μm betrug, wenn das
Flächenverhältnis 50% war, die durchschnittliche
Länge in der Zylinderradialrichtung der Aussparung 10 μm
betrug und die Drehgeschwindigkeit 750 rpm betrug. 14 zeigt
das Reibungskraftverhältnis, wenn die Reibungskraft eines
herkömmlichen Gegenstands, in dem die Aussparungen nicht
gebildet sind und das Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil Rz der
Bohrungsoberfläche der Zylinderlaufbuchse 2 μm
beträgt, auf 1,00 festgelegt ist. Es ist ersichtlich aus 14,
dass, selbst wenn das Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil Rz das
gleiche ist, die Reibungskraft der Zylinderlaufbuchse, in der die
Aussparungen gebildet sind, größtenteils reduziert
ist vergleichen mit derjenigen einer Zylinderlaufbuchse, in der
die Aussparungen nicht gebildet sind. In dem Fall, wo die Aussparungen
gebildet sind, wenn das Zehnpunkthöhe-Rauheitsprofil Rz
2 μm übersteigt, nimmt die Reibungskraft stark
zu. Als Grund hierfür wird folgender angenommen. Durch
Bilden der Aussparungen wird der Kontaktbereich kleiner. Verglichen
mit dem Fall, wo die Aussparungen nicht gebildet sind, wird der
Oberflächendruck in dem gleitenden Teil höher
und der Zylinder ist empfindlich für die Oberflächenrauheit
der Gleitoberfläche.
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[Beispiel 2]
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Unter
Verwendung der in 11 gezeigten Vorrichtung wurde
ein mechanischer Verlust (FMEP) erhalten, der durch Reibungskraft
bewirkt wird. In einem Testverfahren wurde ein Teststück-Kolbenring
in einen Kolben gesetzt bzw. gelegt und ein Lauf im Betrieb durchgeführt.
Danach wurde die Drehgeschwindigkeit, die der Motordrehzahl entspricht,
bei einer Öltemperatur von 80°C geändert
und die Reibungskraft wurde gemessen. In dem Beispiel wurde die
Reibungskraft bezüglich einer Zylinderlaufbuchse (Beispiel
2), in der Aussparungen nur in der Hubmittenregion gebildet sind,
einer Zylinderlaufbuchse (Vergleichsbeispiel 2-1), in der keine Aussparungen
gebildet sind, einer Zylinderlaufbuchse (Vergleichsbeispiel 2-2),
in der Aussparungen nur in gleitenden Enden gebildet sind, und einer
Zylinderlaufbuchse (Vergleichsbeispiel 2-3) gemessen, in der Aussparungen
in den gleitenden Enden und der Hubmittenregion gebildet sind. Wenn
die Aussparungen in der Hubmittenregion gebildet wurden, wurden
sie so gebildet, dass die Gesamtheit der Bereiche aller Aussparungen
50% wird, wenn der Bereich der Hubmittenregion 100% ist. Die gleitenden
Enden geben eine Region (das obere gleitenden Ende) von dem oberen
Ende des Zylinders zu der Position der unteren Fläche der
Ringnut bzw. -rille für den Teststück-Kolbenring
an dem oberen Totpunkt des Kolbens und einer Region (das untere gleitende
Ende) von der Position der oberen Fläche der Ringnut bzw.
-rille für den Teststück-Kolbenring an dem unteren
Totpunkt des Kolbens zu dem unteren Ende der Zylinderlaufbuchse
an, und zwar der Zylinderlaufbuchse der in 11 dargestellten
Vorrichtung.
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15 zeigt
ein Messergebnis. 15 zeigt die Verhältnisse
des mechanischen Verlusts von Zylinderlaufbuchsen, wenn der mechanische
Verlust der Zylinderlaufbuchse des Vergleichsbeispiels 2-1, in dem keine
Aussparungen gebildet sind, 1 beträgt. Es ist ersichtlich
aus 15, dass der mechanische Verlust der Zylinderlaufbuchsen
von Beispiel 2, in dem Aussparungen nur in der Hubmittenregion gebildet
sind, geringer ist als derjenige des Vergleichsbeispiels 2-1, in
dem keine Aussparungen gebildet sind, und derjenige der Vergleichsbeispiele
2-2 und 2-3, in denen Aussparungen in den gleitenden Enden gebildet
sind.
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Zusammenfassung
-
Es
ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zylinder
bereitzustellen, der eine reduzierte Hin- und Herbewegungsreibung
zwischen einem Kolbenring und einer Bohrungsoberfläche
des Zylinders in einer Region realisiert, wo der Kolbenring gleitet.
Um diese Aufgabe zu lösen stellt die vorliegende Erfindung einen
Zylinder bereit, bei dem ein Kolben an einer Bohrungsoberfläche
des Zylinders gleitet, wobei eine Mehrzahl von Aussparungen in einer
Hubmittenregion in der Bohrungsoberfläche des Zylinders
gebildet ist, die Hubmittenregion eine Region zwischen einer unteren
Flächenposition einer Ringnut für einen unteren
Kolbenring an einem oberen Totpunkt des Kolbens und einer oberen
Flächenposition einer Ringnut für einen oberen Kolbenring
an einem unteren Totpunkt des Kolbens ist, wobei die Gesamtheit
der Bereiche aller Aussparungen in der Spanne von 1% bis 80% liegt,
wenn ein Bereich der Hubmittenregion 100% beträgt, und
die Aussparungen nicht in einer anderen Region als der Hubmittenregion
der Bohrungsoberfläche des Zylinders gebildet sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 8-200145 [0005]
- - JP 2007-46660 [0005]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - JIS B0601-1994 [0011]
- - JIS B0601-1994 [0065]
- - JIS B0601-1994 [0069]