(57)【要約】【課題】シリンダボア５の内周面の摩擦抵抗を十分に低減しつつ、ピストン９が上死点に達したときにシリンダボア５の内周面と最も燃焼室１１側寄りのピストンリング１５Ａの間の油膜切れを防止する。【解決手段】内側にシリンダボアを有し、ピストン９の外周面に複数本の周溝１３が形成され、複数本の周溝１３にシリンダボア５の内周面に摺動可能なピストンリング１５それぞれ嵌合して設けられ、複数本のピストンリング１５のうち最も燃焼室１１側寄りのピストンリング１５の外周面に、放電エネルギーによってポーラスな被膜２７が形成されていること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側にシリンダボアを有したシリンダブロックと、
前記シリンダブロックの先端部に設けられたシリンダヘッドと、
前記シリンダボアの内周面に往復動可能に設けられ、外周面に複数本の周溝が形成され、前記シリンダヘッドとの間に燃焼室を区画するピストンと、
複数本の前記周溝にそれぞれ嵌合して設けられ、前記シリンダボアの内周面に摺動可能なピストンリングと、
複数本の前記ピストンリングのうち最も前記燃焼室側寄りの前記ピストンリングの外周面に、ポーラスな被膜が形成され、
前記ポーラスな被膜は、圧粉体からなる放電電極を用い、電気絶縁性の加工液中において、最も前記燃焼室側寄りの前記ピストンリングの外周面と前記放電電極との間でパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより最も前記燃焼室側寄りの前記ピストンリングの外周面に前記放電電極の構成材料又はこの構成材料の反応物質を溶着させることによって構成されていることを特徴とするエンジン。
【請求項２】
内側にシリンダボアを有したシリンダブロックと、
前記シリンダブロックの先端部に設けられたシリンダヘッドと、
前記シリンダボアの内周面に往復動可能に設けられ、外周面に複数本の周溝が形成され、前記シリンダヘッドとの間に燃焼室を区画するピストンと、
複数本の前記周溝にそれぞれ嵌合して設けられ、前記シリンダボアの内周面に摺動可能なピストンリングと、
前記シリンダボアの内周面の一部であって、前記ピストンが上死点に達したときに、複数本の前記ピストンリングのうち最も前記燃焼室側寄りの前記ピストンリングの外周面が摺動する部位に、ポーラスな被膜が形成され、
前記ポーラスな被膜は、圧粉体からなる放電電極を用い、電気絶縁性の加工液中において、前記シリンダボアの内周面における前記摺動する部位と前記放電電極との間でパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより前記シリンダボアの内周面における前記摺動する部位に前記放電電極の構成材料又はこの構成材料の反応物質を溶着させることによって構成されていることを特徴とするエンジン。
【請求項３】
複数本の前記ピストンリングのうち、前記燃焼室側寄りの前記ピストンリングは、前記燃焼室から燃焼ガスの漏れを抑えるコンプレッションリングであって、前記燃焼室の反対側寄りの前記ピストンリングは、前記シリンダボアの内周面の余剰油を掻き取るオイルリングであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両又は船舶等に搭載されるエンジンに関し、シリンダボアの内周面の油膜切れを防止することができるエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載されるエンジンの一般的な構成について簡単に説明すると、次のようになる。
【０００３】
エンジンは、シリンダブロックを備えており、このシリンダブロックは、内側に、シリンダボアを有してあって、シリンダブロックの先端部には、シリンダヘッドが設けられている。また、シリンダボアの内周面には、ピストンが往復動可能に設けられており、このピストンは、シリンダヘッドとの間に燃焼室を区画するものである。更に、ピストンの外周面には、複数本の周溝が形成されており、複数本の周溝には、シリンダボアの内周面に摺動可能なピストンリングがそれぞれ嵌合して設けられている。なお、ピストンは、コネクティングロッドを介してクランクシャフトの偏心部に連結されている。
【０００４】
従って、ピストンを上死点から下死点に向かって移動させることにより、シリンダボア内に空気と燃料の混合気を吸入し（吸入行程）、ピストンを下死点から上死点に向かって移動させることにより、シリンダボア内の混合気を高圧縮する（圧縮行程）。続いて、ピストンが上死点付近に達したときに混合気に点火することにより、混合気を燃焼して膨張させて、燃焼ガスの燃焼圧力によってピストンを下死点に向かって移動させて（燃焼膨張行程）、慣性によってピストンを下死点から上死点に向かって移動させることにより、燃焼ガスをシリンダボア内から排気する（排気行程）。そして、前述の行程を順次繰り返すことにより、エンジンを稼動させて、クランクシャフトを連続して回転させることができる。
【０００５】
なお、本発明に関連する先行技術として特許文献１及び特許文献２に示すものがある。
【特許文献１】特開２００５−２０１０８５号公報
【特許文献２】特開平８−１７７６２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、シリンダボアの内周面とピストンリングの外周面との摩擦抵抗を低減するために、ピストンリングの外周面に鏡面仕上げ加工を施すことがある。一方、ピストンリングの外周面に鏡面仕上げ加工を施すと、シリンダボアの内周面とピストンリングの外周面の間の潤滑油の保持力が不十分になって、ピストンが上死点に達したときにシリンダボアの内周面と最も燃焼室側寄りのピストンリングの外周面と間に油膜切れが生じ、シリンダボアの内周面及び最も燃焼室側寄りピストンリングの外周面の摩耗損傷が激しくなるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成のエンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の特徴は、内側にシリンダボアを有したシリンダブロックと、前記シリンダブロックの先端部に設けられたシリンダヘッドと、前記シリンダボアの内周面に往復動可能に設けられ、外周面に複数本の周溝が形成され、前記シリンダヘッドとの間に燃焼室を区画するピストンと、複数本の前記周溝にそれぞれ嵌合して設けられ、前記シリンダボアの内周面に摺動可能なピストンリングと、複数本の前記ピストンリングのうち最も前記燃焼室側寄りの前記ピストンリングの外周面に、ポーラスな被膜が形成され、前記ポーラスな被膜は、圧粉体からなる放電電極を用い、電気絶縁性の加工液中において、最も前記燃焼室側寄りの前記ピストンリングの外周面と前記放電電極との間でパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより最も前記燃焼室側寄りの前記ピストンリングの外周面に前記放電電極の構成材料又はこの構成材料の反応物質を溶着させることによって構成されていることを要旨とする。
【０００９】
第１の特徴によると、前記ピストンを上死点から下死点に向かって移動させることにより、前記シリンダボア内に空気と燃料の混合気を吸入し（吸入行程）、前記ピストンを下死点から上死点に向かって移動させることにより、前記シリンダボア内の混合気を高圧縮する（圧縮行程）。続いて、前記ピストンが上死点付近に達したときに混合気に点火することにより、混合気を燃焼して膨張させて、燃焼ガスの燃焼圧力によって前記ピストンを下死点に向かって移動させて（燃焼膨張行程）、慣性によって前記ピストンを下死点から上死点に向かって移動させることにより、燃焼ガスを前記シリンダボア内から排気する（排気行程）。そして、前述の行程を順次繰り返すことにより、前記エンジンを稼動させて、前記ピストンにコネクティングロッドを介して連結したクランクシャフトを連続して回転させることができる（第１の特徴による一般的な作用）。
【００１０】
また、最も前記燃焼室側寄りの前記ピストンリングの外周面に放電エネルギーによってポーラスな前記被膜が形成されているため、前記ピストンが上死点に達したときにおいても、前記シリンダボアの内周面と最も前記燃焼室側寄りの前記ピストンリングの外周面の間の潤滑油の保持力を十分に確保することができる（第１の特徴による特有の作用）。
【００１１】
本発明の第２の特徴は、内側にシリンダボアを有したシリンダブロックと、前記シリンダブロックの先端部に設けられたシリンダヘッドと、前記シリンダボアの内周面に往復動可能に設けられ、外周面に複数本の周溝が形成され、前記シリンダヘッドとの間に燃焼室を区画するピストンと、複数本の前記周溝にそれぞれ嵌合して設けられ、前記シリンダボアの内周面に摺動可能なピストンリングと、前記シリンダボアの内周面の一部であって、前記ピストンが上死点に達したときに、複数本の前記ピストンリングのうち最も前記燃焼室側寄りの前記ピストンリングの外周面が摺動する部位に、ポーラスな被膜が形成され、前記ポーラスな被膜は、圧粉体からなる放電電極を用い、電気絶縁性の加工液中において、前記シリンダボアの内周面における前記摺動する部位と前記放電電極との間でパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより前記シリンダボアの内周面における前記摺動する部位に前記放電電極の構成材料又はこの構成材料の反応物質を溶着させることによって構成されていることを要旨とする。
【００１２】
第２の特徴によると、前述の第１の特徴による一般的な作用と同様の作用を奏する他に、前記シリンダボアの内周面における前記摺動する部位に放電エネルギーによってポーラスな被膜が形成されているため、前記ピストンが上死点に達したときにおいても、前記シリンダボアの内周面と最も前記燃焼室側寄りの前記ピストンリングの外周面の間の潤滑油の保持力を十分に確保することができる（第２の特徴による特有の作用）。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、前記ピストンが上死点に達したときにおいても、前記シリンダボアの内周面と最も前記燃焼室側寄りの前記ピストンリングの外周面の間の潤滑油の保持力を十分に確保することができるため、前記シリンダボアの内周面の摩擦抵抗を十分に低減しつつ、前記ピストンが上死点に達したときに前記シリンダボアの内周面と最も前記燃焼室側寄りの前記ピストンリングの間の油膜切れを防止して、シリンダボアの内周面及び最も燃焼室側寄りピストンリングの外周面の摩耗損傷を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施形態）
本発明の実施形態について図１から図４を参照して説明する。
【００１５】
ここで、図１は、本発明の実施形態に係るエンジンの断面図、図２（ａ）は、本発明の実施形態の要部を示す正面図、図２（ｂ）は、ピストンリングの外周面にポーラスな被膜を形成する状態を示す平面図、図３（ａ）は、本発明の実施形態の要部を示す断面図、図３（ｂ）は、シリンダボアの内周面の一部にポーラスな被膜を形成する状態を示す断面図、図４は、パルス状の放電を発生させる際における放電パルス電流の波形及び放電パルス電圧の波形を示す図である。
【００１６】
図１に示すように、本発明の実施形態に係るエンジン１は、車両等に搭載されるものであって、シリンダブロック３を備えており、シリンダブロック３は、内側に、シリンダボア５を有している。また、シリンダブロック３の先端部（上端部）には、シリンダヘッド７が設けられており、このシリンダヘッド７の天井面は、凹形状を呈している。
【００１７】
シリンダボア５の内周面には、ピストン９が往復動可能に設けられており、このピストン９は、シリンダヘッド７との間に燃焼室１１を区画するものである。また、ピストン９の外周面には、３本の周溝１３が形成されており、３本の周溝１３には、シリンダボア５の内周面に摺動可能なピストンリング１５がそれぞれ嵌合して設けられている。ここで、３本のピストンリング１５のうち、燃焼室１１側寄りの２本のピストンリング１５Ａは、燃焼室１１から燃焼ガスの漏れを抑えるコンプレッションリングであって、３本のピストンリング１５のうち燃焼室１１の反対側寄りのピストンリング１５Ｂは、シリンダボア５の内周面の余剰油を掻き取るオイルリングである。更に、シリンダヘッド７には、空気と燃料の混合気を燃焼室１１に吸入するための吸入弁１７、及び燃焼ガスを燃焼室１１から排出するための排気弁１９が設けられている。
【００１８】
シリンダブロック３の下方には、水平方向へ延びたクランクシャフト２１が回転可能に設けられており、このクランクシャフト２１は、軸心に対して偏心した偏心部２３を有している。また、クランクシャフト２１の偏心部２３には、コネクティングロッド２５の基部が回転自在に連結されており、このコネクティングロッド２５の先端部は、ピストン９に回転自在に連結されている。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、最も燃焼室１１側寄りのピストンリング１５Ａの外周面には、放電エネルギーによってポーラスな被膜２７が形成されている。そして、ポーラスな被膜２７は、図２（ｂ）に示すように、圧粉体からなるリング状の放電電極２９を保持する電極ホルダ３１を用い、電極ホルダ３１をピストンリング１５Ａに対して相対的に揺動させつつ、電気絶縁性の加工液中において、ピストンリング１５Ａの外周面と放電電極２９との間でパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーによりピストンリング１５Ａの外周面に放電電極２９の構成材料又はこの構成材料の反応物質を溶着させることによって構成されている。
【００２０】
ここで、放電電極２７は、炭化し難い金属の６０％以上含有する合金の粉末（望ましくは、Ｃｒを含むＣｏ合金の粉末）を圧縮成形又は射出成形してなるものである。炭化し難い金属の６０％以上含有するようにしたのは、ポーラスな被膜２７の膜厚を十分に確保するためである。また、ポーラスな被膜２７の耐摩耗性を高めるために、放電電極２７は、前記合金の粉末にｃＢＮ，ＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＡｌＮ，ＴｉＢ2，ＷＣ，Ｃｒ3Ｃ2，ＳｉＣ，ＺｒＣ，ＶＣ，Ｂ4Ｃ，Ｓｉ3Ｎ4，ＺｒＯ2，Ａｌ2 の粉末の少なくともいずれかを加えた混合粉末を圧縮成形又は射出成形してなるものであっても構わない。
【００２１】
なお、リング状の放電電極２９を用いる代わりに、円弧状又は棒状の放電電極を用いてもよく、ポーラスな被膜２７にバネ効果を発揮できるように複数の割れ目（図示省略）を形成してもよい。
【００２２】
最も燃焼室１１側寄りのピストンリング１５Ａの外周面にポーラスな被膜２７が形成される代わりに、図３（ａ）に示すように、シリンダボア５の内周面の一部であって、ピストン９が上死点に達したときに、最も燃焼室１１側寄りのピストンリング１５Ａの外周面が摺動する部位（所定の摺動部位）に、ポーラスな被膜３３が形成されるようにしてもよい。そして、ポーラスな被膜３３は、図３（ｂ）に示すように、圧粉体からなる棒状の放電電極３５を保持する電極ホルダ３７を用い、電極ホルダ３７をシリンダボア５の内周方向へシリンダブロック３に対して相対的に移動させつつ、電気絶縁性の加工液中において、シリンダボア５の内周面における所定の摺動部位と棒状の放電電極３５との間にパルス状の放電を発生させて、その放電エネルギーにより、シリンダボア５の内周面における所定の摺動部位に放電電極３５の構成材料又はこの構成材料の反応物質を溶着させることによって構成されている。ここで、放電電極３５は、前記合金の粉末を圧縮成形又は射出成形してなるものである。
【００２３】
被膜２７（又は３３）のポーラスの度合いを高めるために、被膜２７（又は３３）を放電エネルギーによって形成する際に、放電パラメータとしてのEes(＝Ee／Mp)は、０．４以下に設定してある。ここで、Ee＝立ち上げの電流値(is)×無負荷電圧値(ui)、Mp＝ピーク電流値(ie)×放電電圧値(ue)×パルス幅(te)である（図４参照）。
【００２４】
続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。
【００２５】
吸入弁１７を開きかつピストン９を上死点から下死点に向かって移動させることにより、シリンダボア５内に空気と燃料の混合気を吸入し（吸入行程）、吸入弁１７を閉じかつピストン９を下死点から上死点に向かって移動させることにより、シリンダボア５内の混合気を高圧縮する（圧縮行程）。続いて、ピストン９が上死点付近に達したときに混合気に点火することにより、混合気を燃焼して膨張させて、燃焼ガスの燃焼圧力によってピストン９を下死点に向かって移動させて（燃焼膨張行程）、排気弁１９を開きかつ慣性によってピストン９を下死点から上死点に向かって移動させることにより、燃焼ガスをシリンダボア５内から排気する（排気行程）。そして、前述の行程を順次繰り返すことにより、エンジン１を稼動させて、クランクシャフト２１を連続して回転させることができる（エンジンの一般的な作用）。
【００２６】
また、最も燃焼室１１側寄りのピストンリング１５Ａの外周面又はシリンダボア５の内周面における所定の摺動部位に、放電エネルギーによってポーラスな被膜２７（又は３３）が形成されているため、ピストン９が上死点に達したときにおいても、シリンダボア５の内周面と最も燃焼室１１側寄りのピストンリング１５Ａの外周面の間の潤滑油の保持力を十分に確保することができる（エンジン１の特有の作用）。
【００２７】
従って、本発明の実施形態によれば、ピストン９が上死点に達したときにおいても、シリンダボア５の内周面と最も燃焼室１１側寄りのピストンリング１５Ａの外周面の間の潤滑油の保持力を十分に確保することができるため、シリンダボア５の内周面の摩擦抵抗を十分に低減しつつ、ピストン９が上死点に達したときにシリンダボア５の内周面と最も燃焼室１１側寄りのピストンリング１５Ａの間の油膜切れを防止して、シリンダボア５の内周面及び最も燃焼室１１側寄りピストンリング１５Ａの外周面の摩耗損傷を抑制することができる。
【００２８】
（応用例）
応用例について図５を参照して説明する。
【００２９】
ここで、図５（ａ）は、応用例に係る直動機構の斜視図、図５（ｂ）は、応用例に係るスライドの正面図である。
【００３０】
図５（ａ）（ｂ）に示すように、応用例に係る直動機構３９は、工作機械等の加工機に用いられるものであって、ガイドレール４１と、このガイドレール４１に摺動可能に設けられかつアリ溝状の摺動面を有したスライド４３とを備えている。そして、スライド４３の摺動面には、放電エネルギーによってポーラスな被膜４５が形成されおり、このポーラスな被膜４５は、前述のポーラスな被膜２７（又は３３）と同様の構成を有している。
【００３１】
本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。
【実施例】
【００３２】
実施例について図６及び図７を参照して簡単に説明する。ここで、図６は、放電パラメータとしてのＥesと被膜の緻密度ランクの関係を示す図、図７は、実施例に係る被膜の組織を示す図である。
【００３３】
放電パラメータとしてのＥesを変えて（Ｅes＝０．１５、０．２０、０．３０、０．３４、０．３５、０．４５、０．５５、０．６０）、Ｅesと被膜（厚み１００μｍ）の緻密度ランクの関係をまとめると、図６に示すようになる。ここで、緻密度ランクとは、被膜の緻密の度合いを示すもので、図７に示すように、緻密度ランクが高くなる程、被膜のポーラスの度合いは低くなる。
【００３４】
この結果、放電パラメータとしてのＥesが０．４以下であると、被膜のポーラスの度合いが高くなることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジンの断面図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の実施形態の要部を示す正面図、図２（ｂ）は、ピストンリングの外周面にポーラスな被膜を形成する状態を示す平面図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の実施形態の要部を示す断面図、図３（ｂ）は、シリンダボアの内周面の一部にポーラスな被膜を形成する状態を示す断面図である。
【図４】パルス状の放電を発生させる際における放電パルス電流の波形及び放電パルス電圧の波形を示す図である。
【図５】図５（ａ）は、応用例に係る直動機構の斜視図、図５（ｂ）は、応用例に係るスライドの正面図である。
【図６】放電パラメータとしてのＥesと被膜の緻密度ランクの関係を示す図である。
【図７】実施例に係る被膜の組織を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１      エンジン
３      シリンダブロック
５      シリンダボア
７      シリンダヘッド
９      ピストン
１１      燃焼室
１３      周溝
１５      ピストンリング
１５Ａ    ピストンリング
１５Ｂ    ピストンリング
１７      吸入弁
１９      排気弁
２１      クランクシャフト
２３      偏心部
２５      コネクティングロッド
２７      ポーラスな被膜
２９      放電電極
２９ｎ    ノッチ
３１      電極ホルダ
３３      ポーラスな被膜
３５      放電電極
３７      電極ホルダ
３９      直動機構
４１      ガイドレール
４３      スライド
４５      ポーラスな被膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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