CN113906208B - 内燃机的滑动结构 - Google Patents

Abstract

一种具有气缸和活塞的内燃机的滑动结构，气缸在内壁面中的行程中央部区域形成有多个凹部，所述行程中央部区域为从活塞的上止点处的位于最下方的活塞环的环槽的下表面位置起到活塞的下止点处的位于最上方的活塞环的环槽的上表面位置之间的全部或一部分，在该行程中央部区域中的与活塞环接触的面的至少一部分，形成有中央低粗糙度区域，该中央低粗糙度区域的通过触针式表面粗糙度测定机测定的轮廓曲线的算术平均粗糙度Ra成为0.140μm以下。由此，关于凹坑衬垫技术，实现进一步的低燃油消耗率。

Description

内燃机的滑动结构

技术领域

本发明涉及具有气缸和活塞的内燃机的滑动结构等。

背景技术

以往，在具有气缸和活塞的内燃机中，为了提高燃油效率和/或削减耗油量，一直在努力减小气缸与活塞的滑动阻力(摩擦力)。作为降低活塞环与气缸的摩擦力的方法，本申请人开发了所谓的凹坑衬垫(例如，参照日本专利5155924号公报)，通过在气缸内壁面的行程中央部区域形成多个凹部等，从而减小运转时的滑动阻力。

发明内容

技术问题

虽然在本案申请时尚未众所周知，但是通过本发明人等的进一步的研究，明确了关于该凹坑衬垫技术，还留有能够进一步实现提高燃油效率等的余地。

本发明鉴于该实际情况，其目的在于关于凹坑衬垫实现进一步提高燃油效率和/或削减耗油量。

技术方案

实现上述目的的本发明是一种内燃机的滑动结构，其特征在于，所述内燃机具有气缸和活塞，所述气缸在内壁面中的行程中央部区域形成有多个凹部，所述行程中央部区域为从所述活塞的上止点处的位于最下方的活塞环的环槽的下表面位置起到所述活塞的下止点处的位于最上方的活塞环的环槽的上表面位置之间的全部或一部分，在所述行程中央部区域中的与所述活塞环接触的面的至少一部分，形成有中央低粗糙度区域，所述中央低粗糙度区域的通过触针式表面粗糙度测定机测定的轮廓曲线的算术平均粗糙度Ra成为0.140μm以下。

与上述内燃机的滑动结构相关的本发明，其特征在于，通过非接触式表面粗糙度测定机测定的所述中央低粗糙度区域的轮廓曲面的算术平均高度Sa成为0.20μm以下。

与上述内燃机的滑动结构相关的本发明，其特征在于，通过非接触式表面粗糙度测定机测定的所述中央低粗糙度区域的突出谷部深度Svk成为0.41μm以下。

与上述内燃机的滑动结构相关的本发明，其特征在于，通过非接触式表面粗糙度测定机测定的所述中央低粗糙度区域的突出峰部高度Spk成为0.16μm以下。

与上述内燃机的滑动结构相关的本发明，其特征在于，通过非接触式表面粗糙度测定机测定的所述中央低粗糙度区域的中心部水平差Sk成为0.53μm以下。

与上述内燃机的滑动结构相关的本发明，其特征在于，在将所述中央低粗糙度区域中的通过所述非接触式表面粗糙度测定机测定的突出峰部高度设为E(Spk)，将突出谷部深度设为I(Svk)的情况下，I/E成为2.6以下。

与上述内燃机的滑动结构相关的本发明，其特征在于，通过触针式表面粗糙度测定机测定的所述中央低粗糙度区域的轮廓曲线的算术平均粗糙度Ra成为0.120μm以下。

与上述内燃机的滑动结构相关的本发明，其特征在于，所述中央低粗糙度区域包含所述行程中央部区域中的上端边缘附近和下端边缘附近。

与上述内燃机的滑动结构相关的本发明，其特征在于，整个所述行程中央部区域成为所述中央低粗糙度区域。

与上述内燃机的滑动结构相关的本发明，所述中央低粗糙度区域的通过触针式表面粗糙度测定机测定的轮廓曲线的算术平均粗糙度Ra可以设为0.090μm以下。

与上述内燃机的滑动结构相关的本发明，其特征在于，在将所述中央低粗糙度区域中的运动粘度(动粘滞率)设为μ，将与所述活塞的相对速度设为U，将对所述活塞的接触载荷设为W，将与所述活塞之间的摩擦系数设为f，并将斯特里贝克曲线图的评价参数定义为A＝μ×U/W时，在所述评价参数A为0.0003以下的范围内达到所述中央低粗糙度区域中的所述摩擦系数f的极小值fmin。

与上述内燃机的滑动结构相关的本发明，其特征在于，在所述评价参数A为0.0001以上的范围内达到所述极小值fmin。

与上述内燃机的滑动结构相关的本发明，其特征在于，在将所述中央低粗糙度区域中的运动粘度(动粘滞率)设为μ，将与所述活塞的相对速度设为U，将对所述活塞的接触载荷设为W，将与所述活塞之间的摩擦系数设为f，并将斯特里贝克曲线图的评价参数定义为A＝μ×U/W时，所述中央低粗糙度区域中的所述摩擦系数f在所述评价参数A成为0.0003以下的范围内的任意一个值成为0.07以下。

与上述内燃机的滑动结构相关的本发明，其特征在于，在将所述中央低粗糙度区域中的运动粘度(动粘滞率)设为μ，将与所述活塞的相对速度设为U，将对所述活塞的接触载荷设为W，将与所述活塞之间的摩擦系数设为f，并将斯特里贝克曲线图的评价参数定义为A＝μ×U/W时，所述中央低粗糙度区域中的所述活塞与所述气缸在所述评价参数A成为0.0003以下的范围内的任意一个值成为流体润滑状态。

与上述内燃机的滑动结构相关的本发明，其特征在于，在使用了相当于所述活塞环的顶环、第二环以及油环的非燃烧状态的摩擦试验中，在将所述内燃机的转速设为N(r/min)，将所述中央低粗糙度区域中的与所述活塞环之间的摩擦损失平均有效压力(FMEP)设为T(kPa)时，在所述转速N为700以下的范围内达到所述中央低粗糙度区域中的所述摩擦损失平均有效压力T的极小值Tmin。

与上述内燃机的滑动结构相关的本发明，其特征可以在于，在所述转速N为600以下的范围内达到所述极小值Tmin。

与上述内燃机的滑动结构相关的本发明，其特征在于，在使用了相当于所述活塞环的顶环、第二环以及油环的非燃烧状态的摩擦试验中，在将所述内燃机的转速设为N(r/min)，将所述中央低粗糙度区域中的与所述活塞环之间的摩擦损失平均有效压力(FMEP)设为T(kPa)时，所述中央低粗糙度区域中的所述摩擦损失平均有效压力T在所述转速N成为700以下的范围内的任意一个值成为14kPa以下。

与上述内燃机的滑动结构相关的本发明，其特征在于，在使用了相当于所述活塞环的顶环、第二环以及油环的非燃烧状态的摩擦试验中，在将所述内燃机的转速设为N(r/min)，将所述中央低粗糙度区域中的与所述活塞环之间的摩擦损失平均有效压力(FMEP)设为T(kPa)时，所述中央低粗糙度区域中的所述活塞与所述气缸在所述转速N成为700以下的范围内的任意一个值成为流体润滑状态。

与上述内燃机的滑动结构相关的本发明，其特征可以在于，在所述内壁面中的、比所述行程中央部区域的上侧端缘靠上方侧的位置，形成有通过触针式表面粗糙度测定机测定的轮廓曲线的算术平均粗糙度Ra成为0.140μm以下的上侧低粗糙度区域，所述上侧低粗糙度区域与所述中央低粗糙度区域连续。

与上述内燃机的滑动结构相关的本发明，其特征可以在于，在所述内壁面中的、比所述行程中央部区域的下侧端缘靠下方侧的位置，形成有通过触针式表面粗糙度测定机测定的轮廓曲线的算术平均粗糙度Ra成为0.140μm以下的下侧低粗糙度区域，所述下侧低粗糙度区域与所述中央低粗糙度区域连续。

与上述内燃机的滑动结构相关的本发明，其特征可以在于，所述中央低粗糙度区域的表面为未进行皮膜处理状态。

技术效果

根据本发明，能够起到使燃油效率提高或者使耗油量削减这样的优异的效果。

附图说明

图1是应用于本发明的第一实施方式的内燃机的滑动结构的气缸套的沿着轴向的截面图。

图2的(A)和图2的(B)是示出将该气缸套的内周壁沿周向展开而得的状态的展开图。

图3是该气缸套的内周壁的垂直于轴的方向上的截面图。

图4的(A)是示出应用于该内燃机的滑动结构的活塞和活塞环的侧视图，图4的(B)是示出该活塞和活塞环的局部放大截面图，图4的(C)是顶环的局部放大截面图，图4的(D)是第二环的局部放大截面图。

图5的(A)是两片式的油环的截面图，图5的(B)是三片式的油环的截面图。

图6的(A)是关于通常的内燃机的滑动的斯特里贝克(stribeck)曲线图，图6的(B)是关于通常的内燃机的滑动的FMEP曲线图。

图7是示出测定通常的内燃机的滑动状态的摩擦单体测定装置的截面图。

图8的(A)是用于说明第一实施方式的内燃机的滑动结构的斯特里贝克曲线图，图8的(B)是该滑动结构的FMEP曲线图。

图9是示出该内燃机的气缸套与活塞环的滑动行程的侧视图。

图10的(A)和(B)是示出该内燃机的一个冲程中的气缸套与活塞环摩擦力的变动的图表。

图11的(A)是应用于本发明的第二实施方式的内燃机的滑动结构的气缸套的沿着轴向的截面图，图11的(B)是示出该气缸套与活塞环的滑动行程的侧视图。

图12是示出应用微织构技术的气缸套的例子的、气缸套的沿着轴向的截面图。

符号说明

10：气缸套

12：内壁面

14：凹部

20：行程中央部区域

22：中央低粗糙度区域

23A：上侧低粗糙度区域

23B：下侧低粗糙度区域

25：外部区域

25A：上侧外部区域

25B：下侧外部区域

30：活塞

40：活塞环

110：固体接触区域

112：边界润滑区域

113：混合润滑区域

114：流体润滑区域

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。首先，对本发明的第一实施方式的内燃机的滑动结构详细地进行说明。应予说明，在本第一实施方式中，对内燃机成为柴油发动机的情况进行例示，但本发明并不限于此，能够应用于汽油发动机等其他种类的内燃机。

<气缸套>

如图1所示，在第一实施方式的内燃机的气缸套10的内壁面12形成有多个凹部14。凹部14形成于内壁面12中的行程中央部区域20。该行程中央部区域20是指将从活塞30的上止点T处的位于最下方的活塞环的环槽的下表面位置起到活塞30的下止点U处的位于最上方的活塞环的环槽的上表面位置为止的范围设为最大，其成为其中的全部或一部分区域(在此，对全部的范围成为行程中央部区域20，并在其整体形成有凹部14的情况进行例示)。如果将行程中央部区域20的外侧的区域定义为外部区域25，则该外部区域25由与行程中央部区域20的上止点侧邻接的上侧外部区域25A、以及与行程中央部区域20的下止点侧邻接的下侧外部区域25B构成。活塞30在气缸套10内往复运动时，依次反复通过上侧外部区域25A、行程中央部区域20、下侧外部区域25B、行程中央部区域20、上侧外部区域25A。应予说明，将上侧外部区域25A与行程中央部区域20之间的边界定义为上侧边界27A，将下侧外部区域25B与行程中央部区域20之间的边界定义为下侧边界27B。

当然，也可以超过行程中央部区域20而形成多个凹部14，但从耗油量(LOC)的观点出发，优选在行程中央部区域20的内部限定地形成凹部14。

<形成于气缸套的凹坑>

凹部14被配置为在行程中央部区域20的内壁面12中，无论取哪个部位的垂直于轴的方向上的截面，在该截面都存在至少一个凹部14。即，凹部14被配置为在轴向上相互重叠。其结果为，通过行程中央部区域20的活塞环的外周面始终与至少一个凹部14对置。另一方面，在上侧外部区域25A和下侧外部区域25B不形成凹部14。

凹部14的形状呈相对于轴向倾斜地配置的方形(正方形或长方形)，结果多个凹部14整体配置为倾斜网格状。如此，如图2的(A)的展开图所示，在着眼于某个特定的凹部14的情况下，该凹部14的轴向上的最低点14b在轴向上位于比其他凹部14的轴向上的最高点14a更靠下侧的位置。如此，由于多个凹部14在轴向上相互重叠，所以能够在行程中央部区域20中的所有部位(例如，箭头A、箭头B、箭头C)的垂直于轴的方向上的截面中，始终存在凹部14。在此，在行程中央部区域20中，面积相同的多个凹部14在面方向(轴向和周向)上均匀地配置。

应予说明，如图2的(B)的展开图所示，面积相同的多个凹部14也可以在面方向上不均匀地配置。在此，行程中央部区域20的轴向端部处的周向上的带状区域20P的多个凹部14所占的面积变小，并且行程中央部区域20的轴向中央部处的周向上的带状区域20Q的多个凹部14所占的面积变大。

凹部14的尺寸和/或形状没有特别限定，但可根据气缸和/或活塞环的尺寸和/或目的适当选择。例如，凹部14能够以在行程中央部区域20的气缸轴向上贯穿(或延伸)的方式形成为狭缝状或带状。另一方面，如果鉴于气缸的气密性的观点，则优选将凹部14的气缸轴向上的最大平均长度J(参照图2的(A))设为位于活塞的最上方的活塞环(顶环)的气缸轴向长度(宽度)以下，具体而言，设为其5～100％的程度。在多个凹部14的轴向上的最大尺寸存在偏差的情况下，凹部14的平均长度J是指其平均值。

凹部14的气缸周向上的最大平均长度S优选为0.1mm～15mm的范围内，且期望为0.3mm～5mm的范围内。如果小于这些范围，则有时无法充分获得凹部14自身带来的减小滑动面积的效果。另一方面，如果大于这些范围，则有时活塞环的一部分容易进入凹部内，产生活塞环变形等不良情况。

如图3所示，凹部14的气缸径向上的最大平均长度R(最大平均深度R)优选为0.1μm～1000μm的范围内，且期望为0.1μm～500μm的范围内。更期望设定为0.1μm～50μm。凹部14的气缸径向上的最大平均长度R如果小于这些范围，则有时无法充分获得凹部14自身带来的减小滑动面积的效果。另一方面，如果要大于这些范围，则加工变得困难，并且，会产生需要将气缸的壁厚增厚等不良情况。

返回图2，在轴向上处于相同位置且在周向上相邻的凹部14之间的气缸周向上的最小间隔H的平均值优选为0.05mm～15mm的范围内，特别优选为0.1mm～5.0mm的范围内。如果小于这些范围，则有可能活塞环与气缸套的接触面积(滑动面积)过小，而无法稳定地滑动。另一方面，如果大于这些范围，则有时无法充分获得凹部14自身的减小滑动面积的效果。

附带说明，虽然与多个凹部以在轴向上重叠的方式进行配置的凹坑衬垫不同，但是作为形成同种凹部的技术而存在有微织构技术，因此对此简单地进行说明。微织构是指如下理论：如图12所示，沿着气缸套的内壁面的气缸轴向，形成有凹部的区域V与完全不存在凹部的区域Z以在轴向上不重叠的状态交替地进行重复，并在每次活塞环在该内壁面移动时，相对于凹部产生发动机油的流入、流出，通过其动压使油膜变厚而降低摩擦力。本发明也能够应用于这样的微织构技术。即，本发明只要是通过在行程中央部区域形成有多个凹部(其中也包含由珩磨加工等形成的细线状、划痕状的凹部)而减小与活塞环的接触面积的结构，就能够有效地应用。

<形成于气缸套的中央低粗糙度区域>

在气缸套10的内壁面12，在行程中央部区域20的至少一部分形成有中央低粗糙度区域22，该中央低粗糙度区域22为通过触针式表面粗糙度测定机(JIS B 0651：2001)测定的表面粗糙度(轮廓曲线的算术平均粗糙度Ra(JIS B 0601：2013))成为0.140(μm)以下，优选表面粗糙度Ra成为0.120(μm)以下的区域。具体而言，通过将内周面12的能够与活塞环40接触的面，即内周面12的除了凹部14以外的面的至少一部分范围的表面粗糙度Ra加工为0.140(μm)以下，更优选加工为0.120(μm)以下，从而形成中央低粗糙度区域22。应予说明，在本实施方式中，将利用触针式表面粗糙度测定机测定的表面粗糙度(轮廓曲线的算术平均粗糙度)表示为Ra，将利用后述的非接触式表面粗糙度测定机测定的三维表面粗糙度(轮廓曲面的算术平均高度(JIS B 0681-2:2018、ISO 25178-2:2012))表示为Sa。

中央低粗糙度区域22更期望表面粗糙度Ra被设定为0.090(μm)以下，具体地，设定为0.083(μm)。

关于该中央低粗糙度区域22，以下示出通过利用了以JIS B 0681-6:2014(ISO25178-6:2010)为标准的激光显微镜的非接触式表面粗糙度测定机(测定倍率1080倍，视野尺寸259.4μm×259.4μm，无截止，高度方向(Z方向)测定间距0.06μm)进行测定的情况下的三维表面粗糙度值(JIS B 0681-2:2018、ISO 25178-2:2012)。

算术平均高度Sa(μm)：0.192以下，优选为0.163以下，进一步期望为0.120以下(具体而言，设定为0.110)。

突出峰部高度Spk(μm)：0.159以下，优选为0.144以下，进一步期望为0.121以下(具体而言，设定为0.116)。

中心部水平差Sk(μm)：0.521以下，优选为0.449以下，进一步期望为0.340以下(具体而言，设定为0.315)。

突出谷部深度Svk(μm)：0.409以下，优选为0.342以下，进一步期望为0.241以下(具体而言，设定为0.218)。

特别地，在本实施方式中，通过不仅减小突出峰部高度，还积极地减小突出谷部深度，从而实现滑动中的摩擦力的降低。附带说明，在以往的气缸套中，为了确保润滑油的保持力，需要一定程度地增大突出谷部深度，伴随于此，难以减小突出峰部高度，滑动中的摩擦力的降低存在限度。另一方面，在本实施方式中，由于润滑油被充分地保持于相邻的凹部14，所以即使与活塞环40的接触表面自身的润滑油的保持力减小，也能够充分地形成油膜。在该主旨下，在将上述突出峰部高度设为E，并将上述突出谷部深度设为I的情况下，在本实施方式的中央低粗糙度区域22中，优选将I/E的值设定为2.6以下，更优选设为2.4以下，进一步地期望设为2.0以下。

此外，在本实施方式中，将行程中央部区域20中的能够与活塞环40接触的面的全部范围设为中央低粗糙度区域22。其结果为，中央低粗糙度区域22包含形成有凹部14的行程中央部区域20的上端边缘附近和下端边缘附近。进一步地，在与行程中央部区域20的上止点侧邻接的上侧外部区域25A形成有表面粗糙度Ra成为0.120(μm)以下的上侧低粗糙度区域23A，在与行程中央部区域20的下止点侧邻接的下侧外部区域25B形成有下侧低粗糙度区域23B。上侧低粗糙度区域23A、中央低粗糙度区域22以及下侧低粗糙度区域23B以均匀的表面粗糙度状态完全相连，并作为整体成为一体的连续表面。

就行程中央部区域20的上端边缘附近和下端边缘附近而言，由于气缸套10与活塞30的相对速度U降低，所以容易从流体润滑区域转移到边界润滑区域。但是，由于该中央低粗糙度区域22的存在，能够使流体润滑区域优先显现出来。所谓的凹坑衬垫技术能够在流体润滑区域发挥其效果，因此，在行程中央部区域20的上端边缘附近和下端边缘附近也能够得到凹坑衬垫技术的优点。应予说明，虽然也可以将中央低粗糙度区域22限定于行程中央部区域20的上端边缘附近和/或下端边缘附近而形成，但优选如本实施方式那样，在行程中央部区域20的整体形成中央低粗糙度区域22。在气缸套10与活塞30的相对速度U变为更低速度的情况下，边界润滑区域还会逼近行程中央部区域20的中央侧，但是即使在该情况下，也能够扩大流体润滑区域的范围。

气缸套10的内壁面12的中央部低粗糙度区域22通过使用珩磨盘进行珩磨加工而形成。此时的珩磨磨石的粒度优选使用比例如F500或#800更细的磨粒(JIS R 6001-2:2017、ISO8486-2：2007)。

进一步地，在通过该珩磨加工形成中央部低粗糙度区域22之后，优选不对其表面进行皮膜处理。这是因为，例如，如果在气缸套10的制造工序中进行通常使用的磷酸盐皮膜处理等，则中央低粗糙度区域22的表面性状因皮膜而变动。

<活塞和活塞环>

在图4的(A)和图4的(B)示出活塞30以及设置于该活塞30的环槽的活塞环40(顶环50、第二环60、油环70)。活塞环40以外周面42与气缸套10的内壁面12对置的状态沿气缸轴向往复运动。顶环50消除活塞30与气缸套10之间的间隙，并防止压缩气体从燃烧室向曲轴箱侧逸出的现象(窜气)。第二环60兼具与顶环50同样地消除活塞30与气缸套10之间的间隙的作用、以及刮落附着于气缸套10的内壁面12的多余的发动机油的作用。油环70通过将附着于气缸套10的内壁面12的多余的发动机油刮落而形成适度的油膜，从而防止活塞30的烧熔粘接。

如图4的(C)放大所示，顶环50是单独的环状部件，如果观察外周面52的截面，则成为向径向外侧凸起的所谓的桶形形状。具体而言，外周面52的气缸轴向两外侧边缘朝向气缸轴向的外侧而向远离内壁面12的方向倾斜。应予说明，外周面52中的相对于气缸套10的内壁面12的接触宽度f优选形成为例如0.3mm以下。此外，外周面52的通过触针式表面粗糙度测定机(JIS B 0651：2001)测定的表面粗糙度(轮廓曲线的算术平均粗糙度Ra(JIS B0601：2013))优选为0.250(μm)以下。

如图4的(D)放大所示，第二环60是单独的环状部件，其外周附近成为随着从气缸轴向上端朝向气缸轴向下侧而扩径的锥形形状。位于该锥形形状的最外端而与气缸套10的内壁面12接触的外周面62在截面图中呈平面形状。应予说明，外周面62中的相对于气缸套10的内壁面12的接触宽度f优选形成为例如0.3mm以下。此外，外周面62的通过触针式表面粗糙度测定机(JIS B 0651：2001)测定的表面粗糙度(轮廓曲线的算术平均粗糙度Ra(JISB 0601：2013))优选为0.250(μm)以下。

应予说明，顶环50和/或第二环60的张力设定为较低的值，作用于外周面52、62的接触面的表面压力成为例如0.5MPa以下，优选为0.3MPa以下。其结果为，顶环50和/或第二环60除了上止点附近和/或下止点附近以外，大多在流体润滑区域滑动。

在图5的(A)中放大示出的油环70为两片式，并具有环主体72、以及螺旋弹簧状的螺旋扩张器(Coil expander)76。环主体72具有配置于轴向两端的一对环状的轨道73、73、以及配置于该一对轨道73、73之间并将它们连结的环状的柱部75。使一对轨道73、73以及柱部75配合而得的截面形状呈大致I形状或H形状，利用该形状，在内周面侧形成有用于收容螺旋扩张器76的截面为半圆弧形状的内周槽79。此外，在一对轨道73、73分别形成有以柱部75为基准向径向外侧突出的环状突起74、74。形成于该环状突起74、74的突出端的外周面82、82与气缸套10的内壁面12抵接。螺旋扩张器76通过被收容于内周槽79而对环主体72向径向外侧按压施力。应予说明，在环主体72的柱部75沿周向形成有多个回油孔77。

图5的(A)的一对外周面82、82各自的接触宽度优选形成为0.02mm～0.30mm，例如设定为0.15mm。应予说明，作用于油环70的外周面82的接触面的表面压力成为例如1.0MPa～2.0MPa，例如成为1.75MPa左右。因此，油环70在发动机的转速高的情况下，大多在流体润滑区域滑动，但是如果发动机的转速下降，则变得大多在边界润滑区域滑动。应予说明，在图5的(A)中，对外周面82、82的径向截面的形状成为简单的梯形的情况进行例示，但本发明并不限于此，外周面82、82的径向截面的形状也可以设为在上侧轨道73的外周面82和下侧轨道73的外周面82，将彼此相对的一侧(螺旋扩张器76侧)的角部切成阶梯状的形状(所谓的阶梯形状)。此外，外周面82的通过触针式表面粗糙度测定机(JIS B 0651：2001)测定的表面粗糙度(轮廓曲线的算术平均粗糙度Ra(JIS B 0601：2013))优选为0.450(μm)以下。

应予说明，油环70不限于两片式，也可以是例如图5的(B)所示的三片式的油环70。该油环70具有上下分离的环状的侧轨73a、73b、以及配置于该侧轨73a、73b之间的间隔扩张器(Spacer expander)76s。

间隔扩张器76s是将钢材塑性加工为在气缸轴向上反复凹凸的波形形状而形成。利用该波形形状，形成上方侧支承面78a和下方侧支承面78b，并分别在轴向上支承一对侧轨73a、73b。在间隔扩张器76s的内周侧端部具有朝向轴向外侧竖立设置为弧形的耳部74m。该耳部74m与侧轨73a、73b的内周面抵接。应予说明，间隔扩张器76s以接缝被结合而沿周向收缩的状态组装于活塞30的环槽。其结果为，通过间隔扩张器76s的恢复力，耳部74m对侧轨73a、73b向径向外侧按压施力。

应予说明，图5的(B)的侧轨73a、73b的外周面82、82各自的接触宽度f优选形成为0.02mm～0.40mm。

<气缸套与活塞环的摩擦形态>

接下来，对气缸套与活塞环的摩擦形态进行说明。通常的滑动时的摩擦系数的变化表现为图6的(A)所示的斯特里贝克曲线图。在该斯特里贝克曲线图中，分为直接接触滑动的固体接触区域110的摩擦形态、介由油性覆膜滑动的边界润滑区域112的摩擦形态、介由粘性润滑油膜滑动的流体润滑区域114中的摩擦形态。此外，在边界润滑区域112与流体润滑区域114之间，存在两者状态混合存在的混合润滑区域113的摩擦形态。应予说明，该斯特里贝克曲线图是横轴以对数表示“运动粘度(动粘滞率)μ”ד速度U”/“接触载荷W”的曲线图，纵轴为摩擦系数(f)。因此，摩擦力能够达到最小的是流体润滑区域114或混合润滑区域113，有效利用该区域114、113对低摩擦化，即低燃油消耗率是有效的。另一方面，在即使速度U上升也无法从边界润滑区域112的中途转移到流体润滑区域114的情况下，如虚线所示，成为边界润滑区域112直接持续到高速区域的状态。

附带说明，流体润滑区域114的摩擦力的大部分是油的剪切阻力，该剪切阻力由(粘度)×(速度)×(面积)/(油膜厚度)来定义。其结果为，减小剪切面积直接关系到摩擦力的降低。

因此，在本实施方式中，通过使油积极地流入到活塞环40的外周面42的接触面，从而迅速地转移到流体润滑区域114而实现低摩擦化。同时，通过对气缸套10应用所谓的凹坑衬垫技术，从而在气缸套10的行程中央部区域20形成凹部14而减小产生油的剪切阻力的实质面积，由此，更有效地实现摩擦力的降低。

此外，图6的(A)的斯特里贝克曲线图是示出活塞40的一个冲程中的摩擦系数(f)的动态变化的图，但是作为评价摩擦形态的其他指标，有摩擦损失平均有效压力(FMEP：Friction Mean Effective Pressure)。该摩擦损失平均有效压力表示每个循环的摩擦功除以行程容积而得的值。在图6的(B)示出该摩擦损失平均有效压力的曲线图(FMEP曲线图)。在FMEP曲线图中，横轴为转速(N)，纵轴为摩擦损失平均有效压力(kPa)。转速(N)越高，一个冲程中的流体润滑区域114所占的比例越大。另一方面，如果转速(N)变低，则一个冲程中的流体润滑区域114所占的比例减小，混合润滑区域113(或边界润滑区域112)所占的比例增加。因此，图6的(B)的FMEP曲线图的形状与图6的(A)的斯特里贝克曲线图的流体润滑区域114和混合润滑区域113的形状比较近似。

接下来，对本第一实施方式的气缸套10与活塞环40的实际的摩擦形态等进行说明。应予说明，由于相对于活塞30，设置于其上的顶环50、第二环60、油环70的固定位置在气缸轴向上相对不同，因此，严格来说，与气缸套10的摩擦状态也在各个活塞环上产生微小差异，但在此将第二环60的位置作为活塞环40的基准位置进行说明。应予说明，仅在最快通过点C，以顶环50为基准。

<摩擦形态的测定方法(非燃烧时摩擦试验)>

在图7示出对在第一实施方式中采用的气缸套10与活塞环40的摩擦形态进行测定的摩擦单体测定装置500。摩擦单体测定装置500通过将活塞环40侧固定，并使气缸套10侧上下往复移动，从而测定两者间的摩擦状态。即，该摩擦状态的测定成为不产生作为内燃机的燃烧的状态的摩擦试验(非燃烧时摩擦试验)。摩擦单体测定装置500经由测力元件512通过固定轴514对设置有活塞环40(顶环、第二环、油环这3个)的虚拟活塞510进行保持。通过该测力元件512，对作用于活塞环40的上下方向的外力(摩擦力)进行测定。

气缸套10在其外壁侧由移动套筒530保持。移动套筒530的下端被驱动用活塞540保持。该驱动用活塞540被通过未特别图示的曲轴而上下移动的连杆550保持。其结果为，气缸套10在上下方向上往复移动。在移动套筒530的外周配置有固定套筒560。固定套筒560固定于基台570。应予说明，固定轴514固定于固定套筒560的上端的盖部件562。移动套筒530的外周面相对于固定套筒560的内周面自由滑动。在固定套筒560的内部设置有温度调整套565，通过使温水或冷水在该温度调整套565内循环，从而能够控制固定套筒560的温度。

在本实施方式中，作为摩擦单体测定装置500的摩擦形态的测定条件，将润滑油的规格设为10W-30，将油温设定为60度，并使曲轴的转速变化为215rpm～2154rpm。

应予说明，顶环50的高度(宽度)采用2.5mm，并将外周面52的表面粗糙度Ra设定为0.180(μm)，将张力设定为16.7N。第二环60的高度(宽度)采用2.0mm，并将外周面62的表面粗糙度Ra设定为0.180(μm)，将张力设定为12.3N。油环70的高度(宽度)采用3.0mm，并将外周面82的表面粗糙度Ra设定为0.330(μm)，将张力设定为22.6N。

<气缸套与活塞环的摩擦形态(斯特里贝克曲线图)>

为了分析本第一实施方式的摩擦形态，准备将中央低粗糙度区域22的表面粗糙度Ra设为0.120(μm)的气缸套10-A、以及将表面粗糙度Ra设为0.083(μm)的气缸套10-B，并使用摩擦单体测定装置500测定摩擦形态。作为成为参考的比较例，准备与气缸套10为相同形状且将表面粗糙度Ra设为0.160(μm)的气缸套X、以及不形成凹部14，而将其表面粗糙度Ra设为0.160(μm)的气缸套Y，其他设定为相同条件，使用摩擦单体测定装置500测定摩擦形态。在图8的(A)示出其斯特里贝克曲线图的测定结果，在图8的(B)示出FMEP曲线图的测定结果。应予说明，在图8的(A)、图8的(B)中还示出了关于与本第一实施方式相当的虚拟的气缸套K(表面粗糙度Ra为0.140(μm))的推测值。

首先，在以下的表1示出气缸套10-A、10-B、K的表面粗糙度一览。应予说明，算术平均粗糙度Ra是通过触针式表面粗糙度测定机(JIS B 0651：2001)测定的值，算术平均高度Sa(μm)、突出峰部高度Spk(μm)、突出谷部深度Svk(μm)、中心部水平差Sk(μm)是已经说明的使用利用了激光显微镜的非接触式表面粗糙度测定机测定的值。

[表1]

气缸套	Ra(μm)	Sa(μm)	Spk(μm)	Sk(μm)	Svk(μm)	Svk/Spk
							K	0.140	0.192	0.159	0.521	0.409	2.57
10-A	0.120	0.163	0.144	0.449	0.342	2.38
							10-B	0.083	0.110	0.116	0.315	0.218	1.88
X、Y	0.160	0.221	0.175	0.594	0.477	2.73

本实施方式的气缸套10-A、10-B以及成为比较例的气缸套X在整个行程中央部区域20形成有凹部14。如图9所示，活塞30从气缸套的上止点T起滑动到下止点U时的、气缸套与活塞环40的摩擦系数的变动依赖于两者的相对速度。该相对速度是相对于发动机的转速(rpm)唯一地确定的。活塞30从气缸套10的上止点T的速度为零的状态起下降并经由行程A，在中途达到最高速度C。此后，如果经由行程B而到达下止点U，则速度变为零。在此期间，摩擦系数始终沿着图8的(A)的斯特里贝克曲线图变化。

在图8的(A)的斯特里贝克曲线图中，将中央低粗糙度区域22的运动粘度(动粘滞率)定义为μ，将与活塞30(活塞环40)的相对速度定义为U，将对活塞30的接触载荷定义为W，将与活塞30之间的摩擦系数定义为f(图表纵轴)，并将评价参数定义为A＝μ×U/W(图表横轴(对数表示))。

在本实施方式的气缸套10-A、10-B中，中央低粗糙度区域20中的摩擦系数f的极小值fmin位于评价参数A为0.0003以下的范围内。更期望的是，摩擦系数f的极小值fmin位于评价参数A为0.0002以下的范围内。另一方面，中央低粗糙度区域20中的摩擦系数f的极小值fmin位于评价参数A为0.0001以上的范围内。

进一步地，在本实施方式的气缸套10-A、10-B中，在评价参数A为0.0003以下的范围内的任意一个值，中央低粗糙度区域20中的摩擦系数f成为0.07以下。期望摩擦系数f成为0.06以下。

与气缸套X(表面粗糙度Ra为0.160(μm)/有凹部)相比可知，在本实施方式的气缸套10-A、10-B中，摩擦系数成为0.07以下的范围向评价参数A成为0.0003以下的图表的左侧扩展。这意味着在低速度的滑动中，成为流体润滑区域114和混合润滑区域113的范围也扩大，并成为摩擦系数f极低的滑动形态。

作为参考，在气缸套X(表面粗糙度Ra为0.160(μm)/有凹部)的情况下，如果评价参数A处于超过0.0003的范围，则表现出凹部14的效果，摩擦系数f的上升率降低，与气缸套Y(表面粗糙度Ra为0.160(μm)/无凹部)相比，摩擦率f变小。另一方面，在评价参数A为0.0003～0.0005的范围内，气缸套X(表面粗糙度Ra为0.160(μm)/有凹部)的图表与气缸套Y(表面粗糙度Ra为0.160(μm)/无凹部)的图表交叉，如果评价参数A成为0.0003以下，则气缸套X(表面粗糙度Ra为0.160(μm)/有凹部)的摩擦系数f在超过0.07的范围上升，超过气缸套Y(表面粗糙度Ra为0.160(μm)/无凹部)的摩擦系数f。即，在以往的气缸套X(表面粗糙度Ra为0.160(μm)/有凹部)的情况下，在评价参数A超过0.0003的范围，凹部14以减小摩擦系数f的方式发挥作用，但是如果评价参数A处于0.0003以下的范围，则凹部14使摩擦系数f增大。根据本发明人等的未众所周知的考察，推测为在以往的气缸套X(表面粗糙度Ra为0.160(μm)/有凹部)的情况下，由于凹部14的存在而使气缸套与活塞环40的实际接触面积变小，因此，在低速区域中容易产生润滑油的润滑不足，并容易陷入边界润滑区域。

在本实施方式的气缸套10-A、10-B中，中央低粗糙度区域20的表面粗糙度Ra被设定为0.120(μm)以下，因此，即使是评价参数A为0.0003以下的低速区域，并且由于凹部14而使与活塞环40的实际接触面积减小，也容易维持流体润滑区域114或混合润滑区域113。此外，即使是假设成为边界润滑状态的情况下，也因为表面粗糙度小，所以摩擦系数被维持得小。通常，如果将气缸套的内周面的表面粗糙度Ra设为0.120(μm)以下，则接触面的润滑油的保持力降低而容易陷入润滑油不足，但在本实施方式中，在中央低粗糙度区域22重叠形成的凹部14作为对中央低粗糙度区域20的润滑油的贮存部而发挥功能，因此，也能得到在中央低粗糙度区域20中难以产生润滑油不足的协同效果。

进一步地，在气缸套10-A、10-B中，评价参数A超过0.0003的范围(高速区域)的摩擦系数f与气缸套X(表面粗糙度Ra为0.160(μm)/有凹部)的摩擦系数f近似，或者比气缸套X(表面粗糙度Ra为0.160(μm)/有凹部)的摩擦系数f小。即，即使在高速区域中，气缸套10-A、10-B的中央低粗糙度区域20也有助于摩擦系数f的降低。

应予说明，在图8的(A)的斯特里贝克曲线图中，虽然不是实测值，但是推定显示与气缸套10-A为相同的构成，且中央低粗糙度区域20的表面粗糙度Ra被设定为0.140(μm)的气缸套K的摩擦系数。气缸套K的摩擦系数能够推测为与表面粗糙度Ra成为0.160(μm)的以往的气缸套X、Y的状态和表面粗糙度Ra成为0.120(μm)的气缸套10-A的中间值近似。即使是该气缸套K，在评价参数A成为0.0003以下的范围内的任意一个值，中央低粗糙度区域20中的摩擦系数f也成为0.07以下，期望摩擦系数f成为0.06以下。进一步地，在气缸套K中，评价参数A超过0.0003的范围(高速区域)的摩擦系数f与气缸套X(表面粗糙度Ra为0.160(μm)/有凹部)的摩擦系数f近似，或者比气缸套X(表面粗糙度Ra为0.160(μm)/有凹部)的摩擦系数f小。

<气缸套与活塞环的摩擦形态(FMEP曲线图)>

在图8的(B)的FMEP曲线图中，将中央低粗糙度区域22与活塞环40之间的摩擦损失平均有效压力(FMEP)定义为T(kPa)(纵轴)，将内燃机的转速定义为N(r/min)(横轴)。

在本实施方式的气缸套10-A、10-B中，中央低粗糙度区域20中的摩擦损失平均有效压力T的极小值Tmin位于转速N为700以下的范围内。更期望的是，摩擦损失平均有效压力T的极小值Tmin位于转速N为600以下的范围内。

进一步地，在本实施方式的气缸套10-A、10-B中，设定为在转速N为700以下的范围内的任意一个值，中央低粗糙度区域20中的摩擦损失平均有效压力T成为14kPa以下。

与气缸套X(表面粗糙度Ra为0.160(μm)/有凹部)相比可知，在本实施方式的气缸套10-A、10-B中，摩擦损失平均有效压力T减小到14kPa以下的范围向转速N为700以下(图表的左侧)扩展。其结果为，即使在低速旋转时，也成为摩擦损失极少的滑动形态。

作为参考，在气缸套X(表面粗糙度Ra为0.160(μm)/有凹部)的情况下，如果转速N处于超过700的高速旋转区域，则表现出凹部14的效果，摩擦损失的上升率降低，特别是如果转速N超过1000，则与气缸套Y(表面粗糙度Ra为0.160(μm)/无凹部)相比，摩擦损失变小。另一方面，在转速N为1000～1300的范围内，气缸套X(表面粗糙度Ra为0.160(μm)/有凹部)的图表与气缸套Y(表面粗糙度Ra为0.160(μm)/无凹部)的图表交叉。如果转速N成为1000以下，则超过气缸套Y(表面粗糙度Ra为0.160(μm)/无凹部)的摩擦损失，如果转速N成为700以下，则摩擦损失在超过14kPa的范围上升。即，在以往的气缸套X(表面粗糙度Ra为0.160(μm)/有凹部)的情况下，在转速N超过1000的范围，凹部14以减小摩擦损失的方式发挥作用，但是如果转速N处于1000以下的范围，则凹部14以使摩擦损失增大的方式发挥作用。根据本发明人等的未众所周知的考察，推测为在以往的气缸套X(表面粗糙度Ra为0.160(μm)/有凹部)的情况下，由于凹部14的存在而使气缸套与活塞环40的实际接触面积变小，因此，在低速旋转区域中容易产生润滑油的润滑不足，并且边界润滑区域所占的比率容易增大。

在本实施方式的气缸套10-A、10-B中，中央低粗糙度区域20的表面粗糙度Ra被设定为0.120(μm)以下，因此，即使是转速N为700以下的低速旋转区域，也通过维持流体润滑区域114或混合润滑区域113来抑制摩擦损失。此外，即使是假设成为边界润滑状态的情况下，也因为表面粗糙度小，所以摩擦损失被抑制。具体地，如果转速N成为700以下，则以气缸套X(表面粗糙度Ra为0.160(μm)/有凹部)为基准，在气缸套10-A的情况下得到2.0kPa左右的降低效果，在气缸套10-B的情况下得到4.0kPa左右的降低效果。通常，如果将气缸套的内周面的表面粗糙度Ra设为0.120(μm)以下，则润滑油的保持力降低而容易陷入润滑油不足的状态，但在本实施方式中，在中央低粗糙度区域22重叠形成的凹部14作为对中央低粗糙度区域20的润滑油的贮存部而发挥功能，因此，也能得到在中央低粗糙度区域20中难以产生润滑油不足的协同效果。

进一步地，在气缸套10-A、10-B中，转速N超过700的高速旋转区域的摩擦损失与气缸套X(表面粗糙度Ra为0.160(μm)/有凹部)的摩擦损失近似，或者比气缸套X(表面粗糙度Ra为0.160(μm)/有凹部)的摩擦损失小。即，在气缸套10-A、10-B中，即使在高速旋转区域中，中央低粗糙度区域20也不会给摩擦损失带来不良影响。

附带说明，该FMEP曲线图基于非燃烧状态的摩擦试验。因此，实际燃烧产生的实际的内燃机的FMEP由于有燃烧压力发挥作用，所以FMEP值比非燃烧状态的FMEP值上升。

应予说明，在图8的(B)的FMEP曲线图中，虽然不是实测值，但是推定显示与气缸套10-A为相同的构成，且中央低粗糙度区域20的表面粗糙度Ra被设定为0.140(μm)的气缸套K的FMEP。气缸套K的FMEP曲线图能够推测为与表面粗糙度Ra成为0.160(μm)的以往的气缸套X、Y的F MEP曲线图和表面粗糙度Ra成为0.120(μm)的气缸套10-A的FMEP曲线图的中间值近似。该气缸套K的摩擦损失平均有效压力T减小到14kPa以下的范围也向转速N为700以下(图表的左侧)扩展。其结果为，即使在低速旋转时，也成为摩擦损失极少的滑动形态。

即，在气缸套K中，即使是转速N为700以下的低速旋转区域，也通过维持流体润滑区域114或混合润滑区域113来抑制摩擦损失。此外，即使是假设成为边界润滑状态的情况下，也因为表面粗糙度小，所以摩擦损失被抑制。通常，如果将气缸套的内周面的表面粗糙度Ra设为0.140(μm)以下，则润滑油的保持力降低而容易陷入润滑油不足的状态，但在本实施方式中，在中央低粗糙度区域22重叠形成的凹部14作为对中央低粗糙度区域20的润滑油的贮存部而发挥功能，因此，也能得到在中央低粗糙度区域20中难以产生润滑油不足的协同效果。

<一个冲程中的摩擦力的变化>

在图10的(A)示出转速N成为646(低速旋转)的情况下的气缸套X与气缸套10-B的冲程中的摩擦力的变动。在图10的(B)示出转速N成为2154(高速旋转)的情况下的气缸套X与气缸套10-B的冲程中的摩擦力的变动。应予说明，图10的(A)和图10的(B)的图表的横轴为连杆的相位(角度)。可知在图10的(A)的低速旋转运转时，气缸套10-B与气缸套X的摩擦力产生大的差。可知特别是在向上止点侧移动的行程中相位为45度～135度的范围内、以及在向下止点侧移动的行程中相位为225度～315度的范围内，摩擦力的差大。特别是向下止点侧移动的行程的180度～360度的范围，摩擦力在整体上大幅减小。推测为在低速旋转时，气缸套X为接近边界润滑区域的滑动形态，而气缸套10-B处于接近流体润滑区域(或混合润滑区域)的滑动形态。

在图10的(B)的高速旋转运转时，气缸套10-B的摩擦力相对于气缸套X的摩擦力在整体上变小。可知在高速旋转运转时，气缸套10-B和气缸套X双方成为流体润滑区域，但在该流体润滑区域中，气缸套10-B的摩擦力也始终较小。同时，可知成为容易成为边界润滑区域的下止点的相位0度附近和360度附近、成为上止点的相位180度附近的摩擦力大幅地减小。

<耗油量>

在本实施方式的气缸套10与活塞30的滑动结构的情况下，耗油量也被抑制。这是由于形成于中央低粗糙度区域22的润滑油膜的绝对量减少。即使油膜的绝对量减少，由于重叠地形成有凹部14，所以也不会陷入润滑不足。即，在本实施方式中，能够合理地解决耗油量的降低、以及充分的润滑效果这两者。根据本发明人等的模拟，推测在柴油发动机的情况下，气缸套10-B的LOC比率比气缸套X降低约10％。

<第二实施方式的气缸套>

接下来，参照附图对本发明的第二实施方式的内燃机的滑动结构进行说明。

如图11的(A)所示，在第二实施方式的内燃机的气缸套10的内壁面12形成有多个凹部14。凹部14仅形成于内壁面12的行程中央部区域20。该行程中央部区域20成为从活塞30的上止点T处的位于最下方的活塞环的环槽的下表面位置19A(以下，也称为上止点侧端缘)起到活塞30的下止点U处的位于最上方的活塞环的环槽的上表面位置19B(以下，也称为下止点侧端缘)为止的整个范围(以下，称为基准行程区域19)的一部分。

本实施方式的行程中央部区域20位于比基准行程区域19的上止点侧端缘19A向下侧偏移的位置。其结果为，在从基准行程区域19的上止点侧端缘19A起到行程中央部区域20的上止点侧的端缘27A之间的整个区域形成有不具有凹部的平滑的上侧平滑区域130A。上侧平滑区域130A成为活塞环40所通过的区域。

此外，本实施方式的行程中央部区域20位于比基准行程区域19的下止点侧端缘19B向上侧偏移的位置。其结果为，在从基准行程区域19的下止点侧端缘19B起到行程中央部区域20的下止点侧的端缘27B之间的整个区域形成有不具有凹部的平滑的下侧平滑区域130B。下侧平滑区域130B成为活塞环40所通过的区域。

在本实施方式中，有时将行程中央部区域20的上止点侧的端缘27A称为表示形成有凹部14的部位与未形成有凹部14的部位的边界线的“上侧边界”，此外，也有时将行程中央部区域20的下止点侧的端缘27B称为表示形成有凹部14的部位与未形成有凹部14的部位的边界线的“下侧边界”。应予说明，也可以使行程中央部区域20的下止点侧的端缘(下侧边界)27B与基准行程区域19的下止点侧端缘19B一致，或使行程中央部区域20的下止点侧的端缘(下侧边界)27B扩展到比基准行程区域19的下止点侧端缘19B更靠下侧的位置。

此外，如果将行程中央部区域20的外侧的区域定义为外部区域25，则该外部区域25由与行程中央部区域20的上止点侧邻接的上侧外部区域25A和与行程中央部区域20的下止点侧邻接的下侧外部区域25B构成。应予说明，在上侧外部区域25A的一部分包含上侧平滑区域130A，在下侧外部区域25B的一部分包含下侧平滑区域130B。

在本实施方式中，在该行程中央部区域20的至少一部分，形成有中央低粗糙度区域22，该中央低粗糙度区域22为通过触针式表面粗糙度测定机测定的表面粗糙度(算术平均粗糙度)Ra成为0.140(μm)以下，优选表面粗糙度Ra成为0.120(μm)以下的区域。在此，将整个行程中央部区域20设为中央低粗糙度区域22。其结果为，中央低粗糙度区域22包含形成有凹部14的行程中央部区域20的上端边缘附近和下端边缘附近。

以下示出通过利用了激光显微镜的非接触式表面粗糙度测定机对该中央低粗糙度区域22进行测定的情况下的表面粗糙度值。

算术平均高度Sa(μm)：0.192以下，优选为0.163以下，进一步期望为0.120以下(具体而言，设定为0.110)。

突出峰部高度Spk(μm)：0.159以下，优选为0.144以下，进一步期望为0.121以下(具体而言，设定为0.116)。

中心部水平差Sk(μm)：0.521以下，优选为0.449以下，进一步期望为0.340以下(具体而言，设定为0.315)。

突出谷部深度Svk(μm)：0.409以下，优选为0.342以下，进一步期望为0.241以下(具体而言，设定为0.218)。

进一步地，在与行程中央部区域20的上侧邻接的上侧平滑区域130A形成有通过触针式表面粗糙度测定机测定的表面粗糙度(算术平均粗糙度)Ra成为0.140(μm)以下，优选表面粗糙度Ra成为0.120(μm)以下的上侧低粗糙度区域23A。本实施方式的上侧低粗糙度区域23A与上侧平滑区域130A重叠，并且形成到进一步越过并达到上方侧的范围。此外，在与行程中央部区域20的下侧邻接的下侧平滑区域130形成有表面粗糙度(算术平均粗糙度)Ra成为0.140(μm)以下，优选表面粗糙度Ra成为0.120(μm)以下的下侧低粗糙度区域23B。本实施方式的下侧低粗糙度区域23B与下侧平滑区域130B重叠，并且形成到进一步越过并达到下方侧的范围。上侧低粗糙度区域23A、中央低粗糙度区域22以及下侧低粗糙度区域23B以均匀的表面粗糙度状态完全相连，并作为整体成为一体的连续表面。

以下示出通过利用了激光显微镜的非接触式表面粗糙度测定机对该上侧低粗糙度区域23A和/或下侧低粗糙度区域23B进行测定的情况下的表面粗糙度值。

算术平均高度Sa(μm)：0.192以下，优选为0.163以下，进一步期望为0.120以下(具体而言，设定为0.110)。

突出峰部高度Spk(μm)：0.159以下，优选为0.144以下，进一步期望为0.121以下(具体而言，设定为0.116)。

中心部水平差Sk(μm)：0.521以下，优选为0.449以下，进一步期望为0.340以下(具体而言，设定为0.315)。

突出谷部深度Svk(μm)：0.409以下，优选为0.342以下，进一步期望为0.241以下(具体而言，设定为0.218)。

活塞30在气缸套10内往复运动时，依次反复通过上侧外部区域25A(上侧低粗糙度区域23A)、行程中央部区域20(中央低粗糙度区域22)、下侧外部区域25B(下侧低粗糙度区域23B)、行程中央部区域20(中央低粗糙度区域22)、上侧外部区域25A(上侧低粗糙度区域23A)。

上侧平滑区域130的行程方向距离期望设定为基准行程区域19的行程方向总距离的30％以上。此外，行程中央部区域20中的行程方向的中央点20M与基准行程区域中的行程方向的中央点19M相比，位于活塞的下止点U侧。

在将位于最上方的活塞环(后述的顶环50)以最高速度通过内壁面12的位置定义为最快通过点C的情况下，行程中央部区域20的上止点侧的端缘(上侧边界)27A被设定在最快通过点C以下。在本实施方式中，设定为上止点侧的端缘27A与最快通过点C一致。

应予说明，气缸套10的中央部低粗糙度区域22、上侧低粗糙度区域23A以及下侧低粗糙度区域23B通过使用珩磨盘进行珩磨加工而形成。此时的珩磨磨石的粒度优选使用比例如F500或#800更细的磨粒(JIS R 6001-2:2017、ISO8486-2：2007)。在通过该珩磨加工形成中央部低粗糙度区域22、上侧低粗糙度区域23A以及下侧低粗糙度区域23B之后，优选不对其表面进行皮膜处理。这是因为，例如，如果在气缸套10的制造工序中进行通常使用的磷酸盐皮膜处理等，则中央低粗糙度区域22、上侧低粗糙度区域23A以及下侧低粗糙度区域23B的表面性状因皮膜而变动。

<上侧低粗糙度区域23A的存在意义>

如上所述，在本实施方式中，在比重叠形成有凹部的中央低粗糙度区域22靠上止点侧的位置具备未形成有凹部的上侧低粗糙度区域23A。该上侧低粗糙度区域23A的意义如下。活塞30的上止点侧由于存在燃烧室而成为高温环境。因此，如果在气缸套10的上止点侧形成凹部而使发动机油滞留在凹部内，则该发动机油变为高温并进行汽化，因此，耗油量增大。因此，关于上侧低粗糙度区域23A，通过不形成凹部来抑制油的消耗量。另一方面，如果如本实施方式那样使上侧低粗糙度区域23A低粗糙度化，则有可能产生润滑不足，或者由于在与下侧邻接的中央低粗糙度区域22重叠形成的凹部14作为润滑油的贮存部而发挥功能，并介由该凹部14向上侧低粗糙度区域23A积极地供给润滑油，因此，也能得到难以产生润滑不足的协同效果。

此外，在活塞30的上止点T侧，由于高温环境而发动机油的粘性也降低，因此难以形成油膜，但通过利用上侧低粗糙度区域23A将表面粗糙度Ra设为0.120(μm)以下，优选设为0.100(μm)以下，从而即使是少量的油膜，也积极地设为流体润滑区域或混合润滑区域。即使假设成为边界润滑区域，也由于成为低粗糙度，所以摩擦系数小就能够解决。进一步地，由于通过在中央低粗糙度区域22重叠形成的凹部14所积存的润滑油，能够对上侧低粗糙度区域23A供给润滑油，因此，具有也难以产生上侧低粗糙度区域23A中的润滑油不足的优点。

<第二实施方式的气缸套与活塞环的滑动结构>

在图11的(B)示出活塞环40在气缸套10中从上止点T朝向下止点U进行相对移动的行程。在活塞环40在上侧低粗糙度区域23A相对移动过程中，成为行程线A、L。然后，在活塞环40通过中央低粗糙度区域22时成为行程线M。此后，在活塞环40在气缸套10的下侧低粗糙度区域23B朝向下止点侧进行相对移动的过程中，成为行程线N、B。

根据本第二实施方式的内燃机的滑动结构，与第一实施方式同样地，能够通过中央低粗糙度区域22减小低速移动时的摩擦系数。此外，能够降低低速旋转时的摩擦损失。进一步地，能够通过活塞环40所通过的上侧低粗糙度区域23A来抑制耗油量。

应予说明，本发明并不限于上述实施方式，当然能够在不脱离本发明的主旨的范围内施加各种变更。

Claims (7)

1.一种内燃机的滑动结构，其特征在于，所述内燃机具有气缸和活塞，

所述气缸在内壁面中的行程中央部区域形成有多个凹部，所述行程中央部区域为从所述活塞的上止点处的位于最下方的活塞环的环槽的下表面位置起到所述活塞的下止点处的位于最上方的活塞环的环槽的上表面位置之间的全部或一部分，

在所述行程中央部区域中的与所述活塞环接触的面的至少一部分，形成有中央低粗糙度区域，所述中央低粗糙度区域的通过触针式表面粗糙度测定机测定的轮廓曲线的算术平均粗糙度Ra成为0.140μm以下，

在将所述中央低粗糙度区域中的运动粘度设为μ，将与所述活塞的相对速度设为U，将对所述活塞的接触载荷设为W，将与所述活塞之间的摩擦系数设为f，并将斯特里贝克曲线图的评价参数定义为A＝μ×U/W时，

在所述评价参数A为0.0003以下的范围内达到所述中央低粗糙度区域中的所述摩擦系数f的极小值fmin。

2.一种内燃机的滑动结构，其特征在于，所述内燃机具有气缸和活塞，

所述气缸在内壁面中的行程中央部区域形成有多个凹部，所述行程中央部区域为从所述活塞的上止点处的位于最下方的活塞环的环槽的下表面位置起到所述活塞的下止点处的位于最上方的活塞环的环槽的上表面位置之间的全部或一部分，

在所述行程中央部区域中的与所述活塞环接触的面的至少一部分，形成有中央低粗糙度区域，所述中央低粗糙度区域的通过触针式表面粗糙度测定机测定的轮廓曲线的算术平均粗糙度Ra成为0.140μm以下，

在将所述中央低粗糙度区域中的运动粘度设为μ，将与所述活塞的相对速度设为U，将对所述活塞的接触载荷设为W，将与所述活塞之间的摩擦系数设为f，并将斯特里贝克曲线图的评价参数定义为A＝μ×U/W时，

在所述评价参数A为0.0001以上且0.0003以下的范围内达到所述中央低粗糙度区域中的所述摩擦系数f的极小值fmin。

3.一种内燃机的滑动结构，其特征在于，所述内燃机具有气缸和活塞，

所述气缸在内壁面中的行程中央部区域形成有多个凹部，所述行程中央部区域为从所述活塞的上止点处的位于最下方的活塞环的环槽的下表面位置起到所述活塞的下止点处的位于最上方的活塞环的环槽的上表面位置之间的全部或一部分，

在所述行程中央部区域中的与所述活塞环接触的面的至少一部分，形成有中央低粗糙度区域，所述中央低粗糙度区域的通过触针式表面粗糙度测定机测定的轮廓曲线的算术平均粗糙度Ra成为0.140μm以下，

在将所述中央低粗糙度区域中的运动粘度设为μ，将与所述活塞的相对速度设为U，将对所述活塞的接触载荷设为W，将与所述活塞之间的摩擦系数设为f，并将斯特里贝克曲线图的评价参数定义为A＝μ×U/W时，

所述中央低粗糙度区域中的所述摩擦系数f在所述评价参数A成为0.0003以下的范围内的任意一个值成为0.07以下。

4.一种内燃机的滑动结构，其特征在于，所述内燃机具有气缸和活塞，

所述气缸在内壁面中的行程中央部区域形成有多个凹部，所述行程中央部区域为从所述活塞的上止点处的位于最下方的活塞环的环槽的下表面位置起到所述活塞的下止点处的位于最上方的活塞环的环槽的上表面位置之间的全部或一部分，

在所述行程中央部区域中的与所述活塞环接触的面的至少一部分，形成有中央低粗糙度区域，所述中央低粗糙度区域的通过触针式表面粗糙度测定机测定的轮廓曲线的算术平均粗糙度Ra成为0.140μm以下，

在将所述中央低粗糙度区域中的运动粘度设为μ，将与所述活塞的相对速度设为U，将对所述活塞的接触载荷设为W，并将斯特里贝克曲线图的评价参数定义为A＝μ×U/W时，

所述中央低粗糙度区域中的所述活塞与所述气缸在所述评价参数A成为0.0003以下的范围内的任意一个值成为流体润滑状态。

5.一种内燃机的滑动结构，其特征在于，所述内燃机具有气缸和活塞，

所述气缸在内壁面中的行程中央部区域形成有多个凹部，所述行程中央部区域为从所述活塞的上止点处的位于最下方的活塞环的环槽的下表面位置起到所述活塞的下止点处的位于最上方的活塞环的环槽的上表面位置之间的全部或一部分，

在所述行程中央部区域中的与所述活塞环接触的面的至少一部分，形成有中央低粗糙度区域，所述中央低粗糙度区域的通过触针式表面粗糙度测定机测定的轮廓曲线的算术平均粗糙度Ra成为0.140μm以下，

在使用了相当于所述活塞环的顶环、第二环以及油环的非燃烧状态的摩擦试验中，在将所述内燃机的转速设为N，将所述中央低粗糙度区域中的与所述活塞环之间的摩擦损失平均有效压力FMEP设为T时，

在所述转速N为700以下的范围内达到所述中央低粗糙度区域中的所述摩擦损失平均有效压力T的极小值Tmin，所述内燃机的转速的单位是r/min，所述摩擦损失平均有效压力FMEP的单位是kPa。

6.一种内燃机的滑动结构，其特征在于，所述内燃机具有气缸和活塞，

所述气缸在内壁面中的行程中央部区域形成有多个凹部，所述行程中央部区域为从所述活塞的上止点处的位于最下方的活塞环的环槽的下表面位置起到所述活塞的下止点处的位于最上方的活塞环的环槽的上表面位置之间的全部或一部分，

在所述行程中央部区域中的与所述活塞环接触的面的至少一部分，形成有中央低粗糙度区域，所述中央低粗糙度区域的通过触针式表面粗糙度测定机测定的轮廓曲线的算术平均粗糙度Ra成为0.140μm以下，

在使用了相当于所述活塞环的顶环、第二环以及油环的非燃烧状态的摩擦试验中，在将所述内燃机的转速设为N，将所述中央低粗糙度区域中的与所述活塞环之间的摩擦损失平均有效压力FMEP设为T时，

所述中央低粗糙度区域中的所述摩擦损失平均有效压力T在所述转速N成为700以下的范围内的任意一个值成为14kPa以下，所述内燃机的转速的单位是r/min，所述摩擦损失平均有效压力FMEP的单位是kPa。

7.一种内燃机的滑动结构，其特征在于，所述内燃机具有气缸和活塞，

所述气缸在内壁面中的行程中央部区域形成有多个凹部，所述行程中央部区域为从所述活塞的上止点处的位于最下方的活塞环的环槽的下表面位置起到所述活塞的下止点处的位于最上方的活塞环的环槽的上表面位置之间的全部或一部分，

在所述行程中央部区域中的与所述活塞环接触的面的至少一部分，形成有中央低粗糙度区域，所述中央低粗糙度区域的通过触针式表面粗糙度测定机测定的轮廓曲线的算术平均粗糙度Ra成为0.140μm以下，

在使用了相当于所述活塞环的顶环、第二环以及油环的非燃烧状态的摩擦试验中，在将所述内燃机的转速设为N时，

所述中央低粗糙度区域中的所述活塞与所述气缸在所述转速N成为700以下的范围内的任意一个值成为流体润滑状态，所述内燃机的转速的单位是r/min。