なじみによるピストンリングの摺動面形状(プロフィル)が摩擦損失に及ぼす影響: ディンプル付きライナとの相乗効果

摘要

近年，加速する地球環境の悪化に対し内燃機関にはCO2の削減のため燃費の向上が強く求められている．内燃機関の摩擦損失のうち約30～40%と最大の割合を占めるピストン・シリンダ間の摩擦を低減することが燃費の向上には不可欠である．これまでの研究で，ピストン系の摩擦低減手段として潤滑油粘度の低減，シリンダ表面粗さの低減，ピストンリング張力の低減，ピストンリングバレル形状の適正化等が検討されている．これらは摩擦損失低減に有効なことが確認されているが，排反事象としてオイル消費(以下LOC: Lubricating Oil Consumption)の増加が懸念される．浦辺らはこのうちピストンリングバレル形状に着目し，リングの摺動面を軟質材としてなじみを促進させて自然に形成された比較的低いバレル形状とすること(以下なじみリング)により，摩擦損失を大幅に低減できることを示した．また，前報ではこの摩擦低減効果を標準的な乗用車用4気筒ガソリンエンジンと同一諸元の浮動ライナ式単気筒エンジンの実働条件で確認し，適正なバレル形状により，油膜形成が促進され流体潤滑が支配的となり摩擦低減効果を示すことを報告した．一方、浦辺らは，ディンプル処理を行程中央部ボア面に施すこと(以下ディンプルボア)により，流体潤滑下において摺動面積削減による摩擦低減効果が得られることを示した．ただし，この手法で摩擦低減効果を得るためにはリング-ボア摺動面が完全流体潤滑状態にあることが前提とされている．そこで本研究では，前報と同じ浮動ライナ式エンジンを用い，トップおよびオイルリングのバレル形状の異なる3種類のリングパックについて，ディンプル処理による摩擦低減効果におよぼすバレル形状の影響および有効性を検討したので報告する．