JP6485487B2 - Reciprocating piston engine - Google Patents
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Description
本発明は、シリンダブロックに形成されて特定方向に並ぶ複数の気筒と、当該複数の気筒内を往復動する複数のピストンと、当該複数のピストンにそれぞれ連結される複数のコンロッドと、前記特定方向に沿って延びて前記複数のコンロッドに共通して連結されるクランク軸とを備えた往復動ピストンエンジンに関する。 The present invention includes a plurality of cylinders formed in a cylinder block and arranged in a specific direction, a plurality of pistons reciprocating in the plurality of cylinders, a plurality of connecting rods respectively connected to the plurality of pistons, and the specific direction And a reciprocating piston engine including a crankshaft that extends along the shaft and is commonly connected to the plurality of connecting rods.
往復動ピストンエンジンは、気筒内を往復動するピストンと、当該ピストンの往復動を回転運動に変換するクランク機構とを備える。このクランク機構は、クランクピン及びクランクジャーナルからなるクランク軸と、該クランク軸とピストンとを連結するコンロッドとを備え、複数種の軸受け構造部を含む。具体的には、前記軸受け構造部として、コンロッドとクランクピンとの結合部、クランク軸(クランクジャーナル)とシリンダブロックに形成された軸受け部が挙げられる。これら軸受け構造部では、軸受け部材の内周面と軸部材の外周面とが、互いに対峙する摺動面となる。 The reciprocating piston engine includes a piston that reciprocates in a cylinder and a crank mechanism that converts the reciprocating motion of the piston into a rotational motion. The crank mechanism includes a crankshaft including a crankpin and a crank journal, and a connecting rod that connects the crankshaft and a piston, and includes a plurality of types of bearing structures. Specifically, examples of the bearing structure portion include a connecting portion between a connecting rod and a crankpin, and a bearing portion formed on a crankshaft (crank journal) and a cylinder block. In these bearing structures, the inner peripheral surface of the bearing member and the outer peripheral surface of the shaft member are sliding surfaces that face each other.
前記摺動面の摩擦抵抗を可及的に低減することで、エンジンの燃費性能及び出力性能を一層向上させることができる。摩擦抵抗の低減手段として、特許文献1には、互いに対峙する摺動面に、CVDダイヤモンド又はDLCのコーティング処理及び鏡面研磨処理などの摩擦低減処理を施し、軸部材又は軸受け部材の相対速度が所定値以上となったときに、その一方を他方に対して浮揚させる方法が開示されている。この場合、前記浮揚によって摺動面同士が非接触となるので、摩擦抵抗が低減される。 By reducing the frictional resistance of the sliding surface as much as possible, the fuel efficiency and output performance of the engine can be further improved. As a means for reducing frictional resistance, Patent Document 1 discloses that friction surfaces such as CVD diamond or DLC coating treatment and mirror polishing treatment are applied to sliding surfaces facing each other, and the relative speed of the shaft member or the bearing member is predetermined. A method is disclosed in which one of the two is levitated relative to the other when the value is greater than or equal to the value. In this case, since the sliding surfaces are not in contact with each other due to the levitation, the frictional resistance is reduced.
しかしながら、特許文献1の方法では、摺動面をCVDダイヤモンド又はDLCのコーティング処理し、さらに、これを研磨処理せねばならず、加工に係る手間およびコストが非常に大きくなる。 However, in the method of Patent Document 1, it is necessary to coat the sliding surface with CVD diamond or DLC and further polish it, which greatly increases the labor and cost involved in the processing.
本発明の目的は、往復動ピストンエンジンにおいて、加工に係る手間およびコストを抑えつつクランク機構における摩擦抵抗を低減することにある。 An object of the present invention is to reduce frictional resistance in a crank mechanism in a reciprocating piston engine while suppressing labor and cost for processing.
前記課題を解決するために、本発明は、シリンダブロックに形成されて特定方向に並ぶ複数の気筒と、当該複数の気筒内をそれぞれ往復動する複数のピストンと、当該複数のピストンにそれぞれ連結される複数のコンロッドと、前記特定方向に沿って延びる軸線回りに回転するように前記複数のコンロッドに共通して連結されるクランク軸とを備えた往復動ピストンエンジンであって、前記クランク軸は、当該クランク軸の軸線に沿って並ぶ複数のクランクジャーナルと、前記クランク軸の軸線から離間する位置で前記特定方向に並ぶ複数のクランクピンとを含み、前記シリンダブロックは、前記各クランクジャーナルの外周面と対峙して当該外周面に対して相対的に摺動する第1内周面を有するとともに当該各クランクジャーナルをそれぞれ回転可能に支持する複数の主軸受部を含み、前記各コンロッドは、前記各クランクピンの外周面と対峙して当該外周面に対して相対的に摺動する第2内周面を有するとともに当該各クランクピンをそれぞれ回転可能に支持する複数のコンロッド側軸受部を含み、前記第1内周面および第2内周面と、対峙する前記各外周面との間には潤滑性流体が介在されており、前記第1内周面および第2内周面は、対峙する前記外周面側にそれぞれ張り出してこれら内周面と一体に前記外周面に対して摺動する張出形状部を有し、前記各張出形状部は、それぞれ、最も張り出した部分となる頂部と、この頂部よりも当該各張出形状部の摺動方向の下流側に位置し且つ対峙する前記各外周面から最も離間する底部とを含み、前記各張出形状部において、前記頂部と当該頂部と対峙する前記外周面との離間距離を最小隙間h1とし、前記底部と当該底部と対峙する前記外周面との離間距離を最大隙間h2とするとき、これら最小隙間h1と最大隙間h2とは、h2/h1=1.5〜5.0、の範囲に設定されており、前記第2内周面に設けられた前記張出形状部は、当該張出形状部の摺動方向と直交する方向に延びる複数の溝を備えたミクロテクスチャ構造部を含み、前記ミクロテクスチャ構造部の溝は、当該ミクロテクスチャ構造部が設けられた前記張出形状部の摺動方向について下流側が深く上流側が浅くなる傾き面を有し、前記特定方向の両端部に位置する前記第1内周面に設けられた前記張出形状部は、前記ミクロテクスチャ構造部を具備しない張出形状部である、ことを特徴とする往復動ピストンエンジンを提供する(請求項1)。 In order to solve the above problems, the present invention is connected to a plurality of cylinders formed in a cylinder block and arranged in a specific direction, a plurality of pistons reciprocating in the cylinders, and the plurality of pistons, respectively. A reciprocating piston engine comprising: a plurality of connecting rods; and a crankshaft commonly connected to the plurality of connecting rods so as to rotate about an axis extending along the specific direction. A plurality of crank journals arranged along the axis of the crankshaft, and a plurality of crankpins arranged in the specific direction at positions spaced from the axis of the crankshaft, and the cylinder block includes an outer peripheral surface of each crank journal Each of the crank journals has a first inner peripheral surface that faces and slides relative to the outer peripheral surface. The connecting rods include a plurality of main bearings that are rotatably supported, and each connecting rod has a second inner peripheral surface that slides relative to the outer peripheral surface in opposition to the outer peripheral surface of each crankpin and A plurality of connecting rod side bearings for rotatably supporting the respective crank pins are provided, and a lubricating fluid is interposed between the first inner peripheral surface and the second inner peripheral surface and the outer peripheral surfaces facing each other. The first inner peripheral surface and the second inner peripheral surface each have a protruding shape portion that protrudes toward the outer peripheral surface facing each other and slides relative to the outer peripheral surface integrally with the inner peripheral surface. Each of the overhanging portions is located at the most projecting portion of the top portion, and is located farthest from each of the outer peripheral surfaces that are located on the downstream side in the sliding direction of the overhanging shape portion and facing each other. Each projecting shape part, When the separation distance between the top and the outer peripheral surface facing the top is the minimum clearance h1, and the separation distance between the bottom and the outer peripheral surface facing the bottom is the maximum clearance h2, the minimum clearance h1 and the maximum clearance h2 and is h2 / h1 = 1.5 to 5.0, is set in a range of, the said projecting shape portion kicked set on the inner peripheral surface of the second, the sliding of the projecting shape portion A microtextured structure portion having a plurality of grooves extending in a direction orthogonal to the direction, the groove of the microtextured structure portion has a downstream side in the sliding direction of the protruding shape portion provided with the microtextured structure portion deep upstream side has a slope surface becomes shallower, the overhang shape portion kicked set to the first inner peripheral surface located at both ends of the specific direction is not provided with the micro-textured structure portion projecting shape portion Reciprocating motion characterized by A piston engine is provided.
このエンジンによれば、主軸受部およびコンロッド側軸受部の各内周面(第1内周面および第2内周面)に前記張出形状部を設け、且つ、その寸法を前記のように設定することで、これら軸受部に対してクランクジャーナルおよびクランクピンが相対的に回転した際に、張出形状部の頂部付近とクランクジャーナルおよびクランクピンの各外周面との間に潤滑性流体を閉じ込めて、クランクジャーナルおよびクランクピンを各軸受部の内周面に対して浮揚させることができる。 According to this engine, the protruding portion is provided on each inner peripheral surface (first inner peripheral surface and second inner peripheral surface) of the main bearing portion and the connecting rod side bearing portion, and the dimensions thereof are as described above. By setting, when the crank journal and the crankpin rotate relative to these bearing portions, a lubricating fluid is supplied between the vicinity of the top of the protruding shape portion and the outer peripheral surfaces of the crank journal and the crankpin. By confining, the crank journal and the crankpin can be floated with respect to the inner peripheral surface of each bearing portion.
しかも、コンロッド側軸受部の張出形状部にはミクロテクスチャ構造部が設けられており、前記潤滑性流体を、ミクロテクスチャ構造部の前記傾き面によって比較的広い空間から比較的狭い空間に繰り返し閉じ込めながらコンロッド側軸受部とクランクピンとの間を流通させることができる。そのため、潤滑性流体の閉じ込め効果を高めてクランクピンをコンロッド側軸受部からより確実に浮揚させることができる。 Moreover, the projecting shape portion of the connecting rod side bearing portion is provided with a microtexture structure portion, and the lubricating fluid is repeatedly confined from a relatively wide space to a relatively narrow space by the inclined surface of the microtexture structure portion. However, the connecting rod side bearing portion and the crank pin can be circulated. Therefore, the confinement effect of the lubricating fluid can be enhanced and the crank pin can be more reliably floated from the connecting rod side bearing portion.
ただし、シリンダブロックに形成された主軸受部のうち特定方向の両端部に位置するものは、エンジン稼働時にクランク軸が振動することに伴いその内周面とクランク軸の外周面との隙間が大きくなりやすい。そのため、この両端部に位置する主軸受部の張出形状部にもミクロテクスチャ構造部ひいては前記溝を設けてしまうと、この溝の底部分とクランクジャーナルの外周面との間の隙間が過剰に大きくなり、この隙間を通って潤滑性流体が逃げることで、潤滑性流体を張出形状部とクランクジャーナルの外周面との間に適切に閉じ込めることが難しくなる。 However, among the main bearing parts formed in the cylinder block, those located at both ends in a specific direction have a large gap between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the crankshaft as the crankshaft vibrates during engine operation. Prone. For this reason, if the micro-texture structure portion and thus the groove are provided also in the projecting shape portion of the main bearing portion located at both ends, an excessive gap is formed between the bottom portion of the groove and the outer peripheral surface of the crank journal. It becomes large and the lubricating fluid escapes through this gap, so that it becomes difficult to properly confine the lubricating fluid between the projecting shape portion and the outer peripheral surface of the crank journal.
これに対して、本実施形態では、前記のようにコンロッド側軸受部の張出形状部にはミクロテクスチャ構造部を設ける一方、主軸受部のうち特定方向の両端部に位置するものにはミクロテクスチャ構造部を具備しない張出形状部を設けるようにしている。そのため、コンロッド側軸受部においては張出形状部とミクロテクスチャ構造部によって浮揚力を確実に高めつつ、主軸受部のうち特定方向の両端部に位置するものにおいては張出形状部による浮揚力を高く維持することができ、これら軸受部を含むクランク機構における摩擦抵抗を適切に低減することができる。 On the other hand, in the present embodiment, as described above, the protruding shape portion of the connecting rod side bearing portion is provided with the microtextured structure portion, while the main bearing portion is microscopically positioned at both ends in the specific direction. An overhanging shape portion that does not include the texture structure portion is provided. Therefore, in the connecting rod side bearing part, the buoyant force is reliably increased by the projecting shape part and the microtextured structure part, while the buoyant force by the projecting shape part is provided in the main bearing part located at both ends in the specific direction. It can be kept high, and the frictional resistance in the crank mechanism including these bearing portions can be appropriately reduced.
さらに、このように、複数の溝を有し比較的加工が難しいミクロテクスチャ構造部を特定方向の両端部に位置する主軸受部において省略していることで、前記のように摩擦抵抗を小さくしながら、加工に係る手間およびコストを低減できる。 Furthermore, the frictional resistance is reduced as described above by omitting the micro-texture structure part having a plurality of grooves and relatively difficult to process in the main bearing part located at both ends in a specific direction. However, labor and cost for processing can be reduced.
前記構成において、前記ミクロテクスチャ構造部の前記溝の、対峙する前記外周面に最も近い部分をミクロ側頂部、最も遠い部分をミクロ側底部とし、前記ミクロ側頂部と前記外周面との間の隙間を最小隙間h3とし、前記ミクロ側底部と前記外周面との間の隙間を最大隙間h4とするとき、h4/h3=1.5〜5.0、の範囲に設定されているのが好ましい(請求項2)。 In the above structure, the groove of the microtextured structure portion has a micro side top portion that is closest to the opposing outer peripheral surface, a micro side bottom portion that is the farthest portion, and a gap between the micro side top portion and the outer peripheral surface. Is the minimum gap h3, and the gap between the micro side bottom and the outer peripheral surface is the maximum gap h4, it is preferably set in the range of h4 / h3 = 1.5 to 5.0 ( Claim 2).
この構成によれば、ミクロテクスチャ構造部において、最小隙間h3と、最小隙間h3と最大隙間h4との隙間比h4/h3とが前記の数値範囲に設定されることで、ミクロテクスチャ構造部が設けられた軸受部に付与される浮揚力を一層高めることができ、前記摩擦抵抗を格段に低減できる。 According to this configuration, the microtexture structure portion is provided by setting the minimum gap h3 and the gap ratio h4 / h3 between the minimum gap h3 and the maximum gap h4 within the above numerical range in the microtexture structure portion. The levitation force applied to the bearing portion thus provided can be further increased, and the frictional resistance can be significantly reduced.
前記構成において、前記ミクロテクスチャ構造部の溝は、当該溝の開口縁であって当該溝が形成された前記張出形状部の摺動方向の下流側縁部及び上流側縁部と、これら縁部の間に位置する最深のミクロ側底部と、前記下流側縁部と前記底部との間の第1面と、前記上流側縁部と前記ミクロ側底部との間の第2面と、を含み、前記ミクロテクスチャ構造部が設けられた前記張出形状部と対峙する外周面は当該張出形状部の摺動方向と平行な面であり、前記第1面及び前記第2面は、当該第1面および第2面を含む溝が形成された前記張出形状部と対峙する前記外周面に対して傾きを持つ平面であり、前記第1面の前記傾きは、前記第2面の前記傾きよりも大きく、前記第2面が前記傾き面であるのが好ましい(請求項3)。 In the above-described configuration, the grooves of the microtexture structure portion are the opening edges of the grooves, and the downstream edge and the upstream edge in the sliding direction of the protruding shape portion where the grooves are formed, and these edges A deepest micro side bottom located between the parts, a first surface between the downstream edge and the bottom, and a second surface between the upstream edge and the micro side bottom. An outer peripheral surface facing the protruding shape portion provided with the microtextured structure portion is a surface parallel to a sliding direction of the protruding shape portion, and the first surface and the second surface are A flat surface having an inclination with respect to the outer peripheral surface facing the projecting shape portion in which a groove including the first surface and the second surface is formed, and the inclination of the first surface is the surface of the second surface It is preferable that the second surface is larger than the inclination and the second surface is the inclined surface.
この構成によれば、比較的大きい傾きを持つ前記第1面の領域において潤滑性流体の流れが拡がり、比較的小さい傾きを持つ前記第2面(前記傾き面)によって潤滑性流体の流れが徐々に閉じ込められてゆくという動作が繰り返され、これにより良好な浮揚力が生成される。 According to this configuration, the flow of the lubricating fluid spreads in the region of the first surface having a relatively large inclination, and the flow of the lubricating fluid is gradually performed by the second surface (the inclined surface) having a relatively small inclination. The operation of being trapped in is repeated so that a good levitation force is generated.
前記構成において、前記ミクロテクスチャ構造部の前記第1面は、当該ミクロテクスチャ構造部が設けられた前記張出形状部と対峙する前記外周面に対する傾き角が70°〜90°の範囲に設定されているのが好ましい(請求項4)。 In the above configuration, the first surface of the microtexture structure portion is set to have an inclination angle with respect to the outer peripheral surface facing the projecting shape portion provided with the microtexture structure portion in a range of 70 ° to 90 °. (Claim 4).
この構成によれば、ミクロテクスチャ構造部が設けられる軸受部の摺動方向について前記溝の幅の大半を、前記傾き面として機能する前記第2面にて構成することができる。従って、前記潤滑性流体の閉じ込め効果を高めることができる。 According to this configuration, most of the width of the groove can be configured by the second surface functioning as the inclined surface in the sliding direction of the bearing portion where the microtextured structure portion is provided. Therefore, the confinement effect of the lubricating fluid can be enhanced.
前記構成において、前記ミクロテクスチャ構造部の複数の溝が、当該ミクロテクスチャ構造部が設けられた前記張出形状部の摺動方向に並ぶピッチは、1μm〜1mmの範囲に設定されているのが好ましい(請求項5)。 In the above-described configuration, the pitch in which the plurality of grooves of the microtexture structure portion are arranged in the sliding direction of the protruding shape portion provided with the microtexture structure portion is set in a range of 1 μm to 1 mm. Preferred (claim 5).
この構成によれば、前記複数の溝のピッチが適正化され、一層大きい浮揚力を発生させることが可能となる。 According to this configuration, the pitch of the plurality of grooves is optimized, and a larger levitation force can be generated.
以上のように、本発明によれば、加工に係る手間およびコストを抑えつつクランク機構における摩擦抵抗を可及的に低減できる。 As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the frictional resistance in the crank mechanism as much as possible while suppressing labor and cost for processing.
(1)エンジンの全体構造
以下、図面に基づいて本発明の実施形態に係る往復動ピストンエンジンについて説明する。図1は、往復動ピストンエンジン100の概略断面図である。図2は、図1のII−II線断面図である。
(1) Overall structure of engine Hereinafter, a reciprocating piston engine according to an embodiment of the present invention will be described based on the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view of a reciprocating piston engine 100. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
往復動ピストンエンジン100は、気筒2内を往復動する複数のピストン5を備える。また、往復動ピストンエンジン100は、複数のピストン5にそれぞれ連結される複数のコンロッド8と、複数のコンロッド8に共通して連結されるクランク軸7とを含むクランク機構を備える。往復動ピストンエンジン100は、複数の気筒2が特定方向に並ぶ直列多気筒エンジンであり、クランク軸7は特定方向つまり気筒の配列方向(以下、気筒配列方向という場合がある)に延びている。クランク軸7は、ピストン5の往復動に伴って、気筒配列方向に延びる軸X1(以下、適宜、クランク中心軸X1という)回りに回転する。図1の例では、往復動ピストンエンジン100は、4つの気筒2を有する4気筒エンジンである。また、往復動ピストンエンジン100は、例えば4サイクルエンジンである。以下では、適宜、図1の上下方向であってピストン5の往復動方向を単に上下方向として説明する。 The reciprocating piston engine 100 includes a plurality of pistons 5 that reciprocate in the cylinder 2. The reciprocating piston engine 100 includes a crank mechanism that includes a plurality of connecting rods 8 connected to the plurality of pistons 5 and a crankshaft 7 connected to the plurality of connecting rods 8 in common. The reciprocating piston engine 100 is an in-line multi-cylinder engine in which a plurality of cylinders 2 are arranged in a specific direction, and the crankshaft 7 extends in a specific direction, that is, a cylinder arrangement direction (hereinafter also referred to as a cylinder arrangement direction). As the piston 5 reciprocates, the crankshaft 7 rotates around an axis X1 (hereinafter referred to as the crank center axis X1 as appropriate) extending in the cylinder arrangement direction. In the example of FIG. 1, the reciprocating piston engine 100 is a four-cylinder engine having four cylinders 2. The reciprocating piston engine 100 is a four-cycle engine, for example. In the following description, the vertical direction in FIG. 1 and the reciprocating direction of the piston 5 will be described simply as the vertical direction as appropriate.
往復動ピストンエンジン100は、円筒面状の内周面をそれぞれ有する複数の気筒2が形成されたシリンダブロック3、シリンダブロック3に取り付けられるシリンダヘッド4を備える。 The reciprocating piston engine 100 includes a cylinder block 3 formed with a plurality of cylinders 2 each having a cylindrical inner peripheral surface, and a cylinder head 4 attached to the cylinder block 3.
気筒2内には、ピストン5の冠面5Aと気筒2の内周壁2Aと、シリンダヘッド4の下面とによって燃焼室6が区画されている。燃焼室6内で燃料と空気の混合気が燃焼すると、ピストン5は押し下げられる。シリンダヘッド4には、燃焼室6と連通する吸気ポート9及び排気ポート10が形成されている。なお、図2では、これらポート9、10の開口部分を開閉する吸気バルブおよび排気バルブや、点火プラグ等の図示は省略している。 A combustion chamber 6 is defined in the cylinder 2 by a crown surface 5 A of the piston 5, an inner peripheral wall 2 A of the cylinder 2, and a lower surface of the cylinder head 4. When the fuel / air mixture burns in the combustion chamber 6, the piston 5 is pushed down. An intake port 9 and an exhaust port 10 communicating with the combustion chamber 6 are formed in the cylinder head 4. In FIG. 2, illustrations of an intake valve and an exhaust valve that open and close the opening portions of the ports 9 and 10, an ignition plug, and the like are omitted.
ピストン5には、コンロッド8の上端部81が連結されている。具体的には、コンロッド8の上端部81とピストン5とは、クランク中心軸X1と平行な方向に延びる円筒状のピストンピン59によって連結されている。コンロッド8はピストン5に対してピストンピン59の中心軸回りに搖動可能に連結されている。 An upper end portion 81 of a connecting rod 8 is connected to the piston 5. Specifically, the upper end portion 81 of the connecting rod 8 and the piston 5 are connected by a cylindrical piston pin 59 extending in a direction parallel to the crank central axis X1. The connecting rod 8 is connected to the piston 5 so as to be swingable around the central axis of the piston pin 59.
(2)クランク軸周りの構造
クランク軸7の気筒配列方向の両端部には、略円板状のフライホイール91および略円板状のクランクプーリー92が取り付けられている。
(2) Structure around the crankshaft A substantially disc-shaped flywheel 91 and a substantially disc-shaped crank pulley 92 are attached to both ends of the crankshaft 7 in the cylinder arrangement direction.
クランク軸7は、気筒配列方向にそれぞれ並ぶ、複数のクランクジャーナル71と、複数のクランクピン72と、クランクジャーナル71とクランクピン72とをつなぐクランクアーム73とを備える。クランクアーム73のクランクピン72との接続側端部とは反対側の端部には、バランスウェイト74が備えられている。 The crankshaft 7 includes a plurality of crank journals 71, a plurality of crank pins 72, and a crank arm 73 that connects the crank journal 71 and the crank pins 72, which are arranged in the cylinder arrangement direction. A balance weight 74 is provided at the end of the crank arm 73 opposite to the end on the side connected to the crank pin 72.
クランクジャーナル71は、クランク軸7の回転軸となる部分である。クランクピン72は、コンロッド8の下端部82(以下、コンロッド大端部82という)に連結される部分であり、各コンロッド大端部82に対応する位置に設けられている。本実施形態では、往復動ピストンエンジン100が直列4気筒エンジンであるのに伴い、4つのクランクピン72が気筒配列方向にほぼ等間隔に配設されている。 The crank journal 71 is a portion that serves as a rotating shaft of the crankshaft 7. The crank pin 72 is a portion connected to a lower end portion 82 (hereinafter referred to as a connecting rod large end portion 82) of the connecting rod 8, and is provided at a position corresponding to each connecting rod large end portion 82. In the present embodiment, as the reciprocating piston engine 100 is an in-line four-cylinder engine, four crank pins 72 are arranged at substantially equal intervals in the cylinder arrangement direction.
図3は、ピストン5が上死点にあるときの、クランク軸7およびコンロッド8を概略的に示す断面図、図4は、クランク角が上死点から進行したときのこれらを示す断面図である。図3、図4および図2を用いて、クランク軸7周りの詳細構造について説明する。 3 is a cross-sectional view schematically showing the crankshaft 7 and the connecting rod 8 when the piston 5 is at the top dead center, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing these when the crank angle has advanced from the top dead center. is there. A detailed structure around the crankshaft 7 will be described with reference to FIGS. 3, 4, and 2.
クランクジャーナル71は、クランク中心軸X1を中心とする円柱状を有する。クランクジャーナル71は、シリンダブロック3に形成された軸受孔31に嵌め込まれた環状の主軸受メタル(主軸受部)35により、クランク中心軸X1周りに回転可能に支持されている。主軸受メタル35は、帯状の金属円が環状に成型された滑り軸受けである。 The crank journal 71 has a cylindrical shape centered on the crank central axis X1. The crank journal 71 is rotatably supported around the crank center axis X1 by an annular main bearing metal (main bearing portion) 35 fitted in a bearing hole 31 formed in the cylinder block 3. The main bearing metal 35 is a sliding bearing in which a band-shaped metal circle is formed in an annular shape.
主軸受メタル35が嵌め込まれる軸受孔31は、シリンダブロック3(詳細にはロアブロック)に設けられたクランク中心軸X1と直交する方向に延びる壁部材に形成されている。この壁部材は、シリンダブロック3の気筒配列方向の両端部付近と、隣接する気筒2の中間位置に対応する部分に設けられている。そして、クランクジャーナル71は、クランク軸7の気筒配列方向の両端部付近と、隣接するクランクピン72どうしの間の部分に設けられている。本実施形態では、往復動ピストンエンジン100が直列4気筒エンジンであるのに伴い、5つのクランクジャーナル71と、5つの主軸受メタル35が設けられている。 The bearing hole 31 into which the main bearing metal 35 is fitted is formed in a wall member extending in a direction orthogonal to the crank central axis X1 provided in the cylinder block 3 (specifically, the lower block). The wall members are provided in the vicinity of both ends of the cylinder block 3 in the cylinder arrangement direction and at portions corresponding to the intermediate positions of the adjacent cylinders 2. The crank journal 71 is provided in the vicinity of both ends of the crankshaft 7 in the cylinder arrangement direction and between the adjacent crank pins 72. In this embodiment, as the reciprocating piston engine 100 is an in-line four-cylinder engine, five crank journals 71 and five main bearing metals 35 are provided.
クランクピン72は、クランクジャーナル71よりもクランク軸7の径方向外側に位置しており、クランクジャーナル71よりも径方向外側の位置でクランク中心軸X1回りに回転する。クランクピン72は、クランク中心軸X1と平行に延びる線を中心とする円柱状を有する。 The crank pin 72 is located radially outside the crankshaft 7 with respect to the crank journal 71 and rotates around the crank central axis X1 at a position radially outside the crank journal 71. The crank pin 72 has a cylindrical shape centered on a line extending in parallel with the crank central axis X1.
クランクピン72は、コンロッド大端部82に形成された軸受孔82aに嵌め込まれた環状のコンロッド側軸受メタル85(コンロッド側軸受部)により、コンロッド大端部82に対して相対的に回転可能に支持されている。本実施形態では、コンロッド側軸受メタル85も、主軸受メタル35と同様に、帯状の金属部材により形成されている。 The crank pin 72 is rotatable relative to the connecting rod large end portion 82 by an annular connecting rod side bearing metal 85 (a connecting rod side bearing portion) fitted in a bearing hole 82 a formed in the connecting rod large end portion 82. It is supported. In the present embodiment, the connecting rod side bearing metal 85 is also formed of a band-shaped metal member, like the main bearing metal 35.
図4に示すように、ピストン5およびコンロッド8の往復動時、コンロッド大端部82がクランクピン72に対して搖動し、クランクピン72は矢印C1で示すようにクランク中心軸X1回りに回転する(図4では時計回りに回転する)。これに伴い、クランクピン72は、矢印C2´で示すように、コンロッド大端部82およびコンロッド側軸受メタル85に対して相対的にクランクピン72の中心軸回りに回転する(図4の例ではクランクピン72はコンロッド側軸受メタル85に対して反時計回りに回転する)。 As shown in FIG. 4, when the piston 5 and the connecting rod 8 reciprocate, the connecting rod large end portion 82 swings with respect to the crankpin 72, and the crankpin 72 rotates around the crank central axis X1 as indicated by an arrow C1. (Rotates clockwise in FIG. 4). As a result, the crankpin 72 rotates around the central axis of the crankpin 72 relative to the connecting rod large end portion 82 and the connecting rod side bearing metal 85 as shown by an arrow C2 ′ (in the example of FIG. 4). The crank pin 72 rotates counterclockwise with respect to the connecting rod side bearing metal 85).
このように、ピストン5の往復動時、クランクピン72とコンロッド側軸受メタル85とは互いに相対的に回転し、クランクピン72の外周面72aは、コンロッド側軸受メタル85の内周面85aに対して摺動する。つまり、コンロッド側軸受メタル85は、クランクピン72の外周面72aに対して相対的に所定の方向C2(前記C2´と反対の方向)に摺動する。そして、コンロッド側軸受メタル85は、クランクピン72の外周面72aに対して所定の方向C2に沿って摺動する摺動面85aとして機能する内周面(第2内周面)85aを有している。コンロッド側軸受メタル85の内周面85aとクランクピン72の外周面72aとは、隙間G1をおいて対峙している。 Thus, when the piston 5 reciprocates, the crank pin 72 and the connecting rod side bearing metal 85 rotate relatively to each other, and the outer peripheral surface 72a of the crank pin 72 is in relation to the inner peripheral surface 85a of the connecting rod side bearing metal 85. Slide. That is, the connecting rod side bearing metal 85 slides in a predetermined direction C2 (a direction opposite to the C2 ′) relative to the outer peripheral surface 72a of the crankpin 72. The connecting rod side bearing metal 85 has an inner peripheral surface (second inner peripheral surface) 85a that functions as a sliding surface 85a that slides along the predetermined direction C2 with respect to the outer peripheral surface 72a of the crankpin 72. ing. The inner peripheral surface 85a of the connecting rod side bearing metal 85 and the outer peripheral surface 72a of the crank pin 72 are opposed to each other with a gap G1.
また、ピストン5の往復動時、クランクジャーナル71は主軸受メタル35に対して矢印C3´で示すように回転し(図4の例では、クランク軸7およびクランクジャーナル71は、ピストン5の往復動に伴って時計回りに回転する)、クランクジャーナル71の外周面71aは、主軸受メタル35の内周面35aに対して相対的に所定の方向C3(前記C3´と反対の方向)に摺動する。そして、主軸受メタル35は、クランクジャーナル71の外周面71aに対して所定の方向C3に沿って摺動する摺動面35aとして機能する内周面(第1内周面)35aを有している。クランクジャーナル71の外周面71aと主軸受メタル35の内周面35aとは、隙間G2をおいて対峙している。 When the piston 5 reciprocates, the crank journal 71 rotates with respect to the main bearing metal 35 as indicated by the arrow C3 ′ (in the example of FIG. 4, the crankshaft 7 and the crank journal 71 are reciprocated by the piston 5). The outer peripheral surface 71a of the crank journal 71 slides in a predetermined direction C3 (a direction opposite to the C3 ′) relative to the inner peripheral surface 35a of the main bearing metal 35. To do. The main bearing metal 35 has an inner peripheral surface (first inner peripheral surface) 35a that functions as a sliding surface 35a that slides along the predetermined direction C3 with respect to the outer peripheral surface 71a of the crank journal 71. Yes. The outer peripheral surface 71a of the crank journal 71 and the inner peripheral surface 35a of the main bearing metal 35 face each other with a gap G2.
前記隙間G1、G2には、潤滑性流体Fが介在している。潤滑性流体Fは、液体又は気体のいずれであっても良く、例えば空気(粘度=1.8×10−5[Pa・s])、水(8.9×10−4[Pa・s])、或いは0W−20クラスの低粘度オイル(6.8×10−3[Pa・s])である。 Lubricating fluid F is interposed in the gaps G1 and G2. The lubricating fluid F may be either liquid or gas, for example, air (viscosity = 1.8 × 10 −5 [Pa · s]), water (8.9 × 10 −4 [Pa · s]). ) Or 0W-20 class low viscosity oil (6.8 × 10 −3 [Pa · s]).
本実施形態では、隙間G1、G2には、低粘度オイルが供給されるようになっている。簡単に説明すると、シリンダブロック3およびクランク軸7には、シリンダブロック3の外部と前記隙間G1、G2とをつなぐオイル流路60が形成されており、オイルパン(不図示)からオイルポンプ(不図示)によって汲み上げられた低粘度オイルがこれらオイル流路60を通って隙間G1、G2に供給される。 In this embodiment, low-viscosity oil is supplied to the gaps G1 and G2. Briefly, the cylinder block 3 and the crankshaft 7 are formed with an oil flow path 60 that connects the outside of the cylinder block 3 and the gaps G1 and G2, from an oil pan (not shown) to an oil pump (not shown). The low-viscosity oil pumped up by the drawing is supplied to the gaps G1 and G2 through these oil passages 60.
本実施形態では、コンロッド側軸受メタル85と主軸受メタル35とに、クランク軸7の回転時におけるこれらとクランクピン72およびクランクジャーナル71との間の摺動抵抗つまり摩擦抵抗を低減するための構造が採用されている。この構造について次に説明する。 In the present embodiment, the connecting rod side bearing metal 85 and the main bearing metal 35 are structured to reduce sliding resistance, that is, frictional resistance between the crankpin 72 and the crank journal 71 when the crankshaft 7 rotates. Is adopted. This structure will be described next.
(2−1)張出形状部
主軸受メタル35の摺動面(内周面)35aとコンロッド側軸受メタル85の摺動面(内周面)85aとは、クランク中心軸X1と直交する断面において、それぞれ、対峙するクランクジャーナル71の外周面71a(以下、適宜、被摺動面71aという)およびクランクピン72の外周面72a(以下、適宜、被摺動面72aという)側に張り出す張出形状部Mを有する。本実施形態では、各摺動面35a、85aの全体が、被摺動面71a、72a側に張り出す張出形状部Mとして機能している。なお、図4では張出形状部Mが誇張して描かれているが、実際には目視では判別困難なミクロンオーダーの張り出しを有する形状である。張出形状部Mは、各摺動面35a、85aと一体に被摺動面71a、72aに対して所定の方向C2、C3に摺動する。
(2-1) Projection Shape Section The sliding surface (inner peripheral surface) 35a of the main bearing metal 35 and the sliding surface (inner peripheral surface) 85a of the connecting rod side bearing metal 85 are cross sections orthogonal to the crank central axis X1. 2, the outer peripheral surface 71a of the crank journal 71 (hereinafter referred to as a “sliding surface 71a” as appropriate) and the outer peripheral surface 72a of the crank pin 72 (hereinafter referred to as “sliding surface 72a” as appropriate) projecting from each other. It has a protruding part M. In the present embodiment, the entire sliding surfaces 35a and 85a function as an overhanging shape portion M that protrudes toward the sliding surfaces 71a and 72a. In FIG. 4, the overhanging shape portion M is exaggeratedly drawn, but in actuality, it is a shape having a micron-order overhang that is difficult to distinguish visually. The projecting shape portion M slides in predetermined directions C2 and C3 with respect to the sliding surfaces 71a and 72a integrally with the sliding surfaces 35a and 85a.
張出形状部Mは、被摺動面71a、72aに向けて最も張り出した部分であるマクロ側頂部(頂部)P1と、被摺動面71a、72aに対して最も離間した部分であるマクロ側底部Q1を有する。マクロ側底部(底部)Q1は、マクロ側頂部P1よりも、摺動面35a、85aの摺動方向C2、C3の下流側に設けられる。本実施形態では、摺動方向C2、C3において、マクロ側頂部P1が最も上流側に位置し、周方向に一周回してマクロ側底部Q1が最も下流側に位置している。また、本実施形態では、張出形状部Mは、クランク中心軸X1と直交する断面において、マクロ側頂部P1からマクロ側底部Q1に向けて徐々に拡径する螺旋形状を有し、マクロ側頂部P1において最も突出し、続いて径方向外側へ急激に退行して、マクロ側底部Q1に繋がっている。 The projecting shape portion M is a macro side top portion (top portion) P1 that is the portion that projects most toward the sliding surfaces 71a and 72a, and a macro side that is the portion that is the furthest away from the sliding surfaces 71a and 72a. It has a bottom Q1. The macro side bottom portion (bottom portion) Q1 is provided on the downstream side of the sliding directions C2 and C3 of the sliding surfaces 35a and 85a with respect to the macro side top portion P1. In the present embodiment, in the sliding directions C2 and C3, the macro side top portion P1 is located on the most upstream side, and the macro side bottom portion Q1 is located on the most downstream side by making a round in the circumferential direction. Further, in the present embodiment, the projecting shape portion M has a spiral shape that gradually increases in diameter from the macro side top portion P1 toward the macro side bottom portion Q1 in the cross section orthogonal to the crank center axis X1, and the macro side top portion It protrudes most at P1, then retreats rapidly outward in the radial direction, and is connected to the macro side bottom Q1.
張出形状部Mにおいて、摺動面35a、85aが被摺動面71a、72aに対して摺動すると、摺動面35a、85aを被摺動面71a、72aから浮揚させるよう力が作用しこれらの摺動抵抗が低減される。 When the sliding surfaces 35a and 85a slide with respect to the sliding surfaces 71a and 72a in the projecting shape portion M, a force acts to lift the sliding surfaces 35a and 85a from the sliding surfaces 71a and 72a. These sliding resistances are reduced.
図5は、コンロッド側軸受メタル85付近を拡大して示した断面図である。ここでは、図5を用い、コンロッド側軸受メタル85における作用を説明する。コンロッド側軸受メタルの摺動面85aが被摺動面72aつまりクランクピン72の外周面72aに対してこれら面の周方向に沿う方向C2に摺動すると、隙間G1に存在する潤滑性流体Fに、摺動方向C2とは逆方向の流入方向H10のフローが生じる。つまり、流路面積の大きいマクロ側底部Q1から流路面積の小さいマクロ側頂部P1に向けて潤滑性流体Fが流れ込む。これにより、潤滑性流体Fはマクロ側頂部P1付近において摺動面85aと被摺動面72aとの間に閉じ込められる。行き場を失った潤滑性流体Fは、摺動面85aと被摺動面72aを拡大させる方向に抗力を生じさせ、この抗力が、摺動面35a、85aを被摺動面71a、72aから浮揚させるように作用する。 FIG. 5 is an enlarged sectional view showing the vicinity of the connecting rod side bearing metal 85. Here, the operation of the connecting rod side bearing metal 85 will be described with reference to FIG. When the sliding surface 85a of the connecting rod side bearing metal slides in the direction C2 along the circumferential direction of these surfaces with respect to the sliding surface 72a, that is, the outer peripheral surface 72a of the crank pin 72, the lubricating fluid F existing in the gap G1 is generated. Then, a flow in the inflow direction H10 opposite to the sliding direction C2 occurs. That is, the lubricating fluid F flows from the macro side bottom portion Q1 having a large channel area toward the macro side top portion P1 having a small channel area. As a result, the lubricating fluid F is confined between the sliding surface 85a and the sliding surface 72a in the vicinity of the macro side apex P1. The lubricating fluid F that has lost its destination generates a drag in a direction that expands the sliding surface 85a and the sliding surface 72a, and this drag lifts the sliding surfaces 35a and 85a from the sliding surfaces 71a and 72a. It works to let you.
同様に、主軸受メタル35においても、その摺動面35aが被摺動面71aに対して摺動すると、潤滑性流体Fはマクロ側頂部P1付近において摺動面85aと被摺動面72aとの間に閉じ込められ、主軸受メタル35の内周面35aとクランクジャーナル71の外周面71aとの間に浮揚力が生じる。 Similarly, in the main bearing metal 35, when the sliding surface 35a slides with respect to the sliding surface 71a, the lubricating fluid F is in contact with the sliding surface 85a and the sliding surface 72a in the vicinity of the macro side top portion P1. The levitation force is generated between the inner peripheral surface 35a of the main bearing metal 35 and the outer peripheral surface 71a of the crank journal 71.
ここで、前記抗力は、潤滑性流体Fの流路面積が最も小さくなるマクロ側頂部P1付近において最も高くなる。そこで、本実施形態では、前記浮揚力が効果的に得られるように、摺動面35a、85aと被摺動面71a、72aとが最も接触しやすい部分に、マクロ側頂部P1が配置されるようになっている。具体的には、燃焼室6内で混合気が燃焼することで生じた爆発荷重(筒内燃焼圧力)がピストン5に加えられると、クランクピン72およびクランクジャーナル71の所定の領域に非常に高い荷重が伝達されて両者が接触しやすくなる。そこで、この荷重伝達領域R1、R2にマクロ側頂部P1を配置している。 Here, the drag becomes the highest in the vicinity of the macro side apex P1 where the flow path area of the lubricating fluid F is the smallest. Therefore, in the present embodiment, the macro-side top portion P1 is disposed at a portion where the sliding surfaces 35a and 85a and the sliding surfaces 71a and 72a are most likely to come into contact so that the levitation force can be effectively obtained. It is like that. Specifically, when an explosion load (in-cylinder combustion pressure) generated by combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is applied to the piston 5, it is very high in a predetermined region of the crank pin 72 and the crank journal 71. The load is transmitted so that both can easily come into contact with each other. Therefore, the macro side apex P1 is disposed in the load transmission regions R1 and R2.
例えば、往復動ピストンエンジン100が、圧縮自己着火式型エンジンの場合では、クランク角=0°〜20°の範囲で筒内燃焼圧力が最も高くなる。そこで、本実施形態では、図3に示すように、主軸受メタル35とコンロッド側軸受メタル85とにおいて、ピストン5が上死点に位置する状態で、コンロッド8の上端部81の軸心つまりピストンピン59の中心軸と、コンロッド大端部82の軸心つまりクランクピン72の回転中心線と、を結ぶ線分8Aが摺動面35a、85aと交差する点の近傍に、マクロ側頂部P1が配置されている。本実施形態では、コンロッド側軸受メタル85は、この交差点のうち上側の部分にマクロ側頂部P1が配置され、主軸受メタル35は、この交差点のうち下側の部分にマクロ側頂部P1が配置されている。 For example, when the reciprocating piston engine 100 is a compression self-ignition type engine, the in-cylinder combustion pressure is highest in the range of crank angle = 0 ° to 20 °. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, in the main bearing metal 35 and the connecting rod side bearing metal 85, the axial center of the upper end portion 81 of the connecting rod 8, that is, the piston, with the piston 5 positioned at the top dead center. In the vicinity of a point where a line segment 8A connecting the central axis of the pin 59 and the axial center of the connecting rod large end portion 82, that is, the rotation center line of the crank pin 72 intersects the sliding surfaces 35a, 85a, Has been placed. In the present embodiment, the connecting rod side bearing metal 85 has a macro side top portion P1 disposed at the upper portion of the intersection, and the main bearing metal 35 has the macro side top portion P1 disposed at the lower portion of the intersection. ing.
<マクロプロファイル>
張出形状部Mによる摺動浮揚の作用を効果的に発現させるためには、そのプロファイルを適正化する必要がある。このプロファイルにおいて重要となるのが、マクロ側頂部P1と被摺動面71a、72aとの間の距離である最小隙間h1と、マクロ側底部Q1と被摺動面71a、72aとの間の距離である最大隙間h2との比である隙間比h2/h1である。また、最小隙間h1を、最適な範囲に設定することも肝要となる。この点を、図6の模式図を参照して説明する。
<Macro profile>
In order to effectively develop the sliding levitation action by the protruding shape portion M, it is necessary to optimize the profile. What is important in this profile is the minimum gap h1 which is the distance between the macro side top portion P1 and the sliding surfaces 71a and 72a, and the distance between the macro side bottom portion Q1 and the sliding surfaces 71a and 72a. It is a gap ratio h2 / h1 which is a ratio with the maximum gap h2. It is also important to set the minimum gap h1 within an optimum range. This point will be described with reference to the schematic diagram of FIG.
図6を用いた以下の説明では、所定の被摺動部材Aの被摺動面SAに沿って、傾き面からなる摺動面SBを有する摺動部材Bが摺動方向H1へ摺動するときについて説明する。摺動面SBは、被摺動面SAに最も近い部分となる頂部Pと、頂部Pの摺動方向H1の下流側に配置され被摺動面SAに対して最も遠い底部Qとを有し、摺動方向H1の上流側から下流側に向かって被摺動面SAから徐々に離間する形状を有している。 In the following description using FIG. 6, the sliding member B having the sliding surface SB made of an inclined surface slides in the sliding direction H1 along the sliding surface SA of the predetermined sliding member A. Explain when. The sliding surface SB has a top portion P that is the portion closest to the sliding surface SA, and a bottom portion Q that is disposed on the downstream side in the sliding direction H1 of the top portion P and is farthest from the sliding surface SA. The shape is gradually separated from the sliding surface SA from the upstream side to the downstream side in the sliding direction H1.
摺動部材Bが摺動方向H1へ速度Uで摺動しているとき、摺動面SBと被摺動面SAとの間に生じる摺動浮揚力Wは、次の式(1)により求めることができる。 When the sliding member B slides in the sliding direction H1 at the speed U, the sliding levitation force W generated between the sliding surface SB and the sliding surface SA is obtained by the following equation (1). be able to.
式(1)において、ηは摺動面SBと被摺動面SAとの間に介在する潤滑性流体Fの粘度、Bは摺動面SBの摺動方向の長さ(図6における頂部Pから底部Qまでの長さ)、Cは摺動面SBの摺動方向H1と直交する方向の長さ(図6の紙面と直交する方向の長さ)、Uは摺動面SBの摺動速度である。h1は、最小隙間であって、頂部Pと被摺動面SAとの間の距離、つまり、摺動面SBと被摺動面SAとの間の隙間Gの最小値である。mは、前述の隙間比であって、マクロ側底部Qと被摺動面SAとの間の距離、つまり、隙間Gの最大値を最大隙間h2としたときの、最小隙間h1と最大隙間h2との比率であり、m=h2/h1で表される。 In the formula (1), η is the viscosity of the lubricating fluid F interposed between the sliding surface SB and the sliding surface SA, and B is the length of the sliding surface SB in the sliding direction (the top portion P in FIG. 6). C is the length in the direction perpendicular to the sliding direction H1 of the sliding surface SB (the length in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 6), and U is the sliding of the sliding surface SB. Speed. h1 is the minimum gap, which is the distance between the top portion P and the sliding surface SA, that is, the minimum value of the gap G between the sliding surface SB and the sliding surface SA. m is the above-mentioned gap ratio, and the minimum gap h1 and the maximum gap h2 when the distance between the macro side bottom Q and the sliding surface SA, that is, the maximum value of the gap G is the maximum gap h2. The ratio is expressed by m = h2 / h1.
式(1)において、第2項目を負荷容量係数Kwとすると(Kw=6/(m−1)2{lnm−2(m−1)/(m+1)})、摺動浮揚力Wはこの負荷容量係数Kwに比例することになる。 In equation (1), if the second item is the load capacity coefficient Kw (Kw = 6 / (m−1) 2 {lnm−2 (m−1) / (m + 1)}), the sliding levitation force W is This is proportional to the load capacity coefficient Kw.
図7は、負荷容量係数Kwと隙間比mとの関係を示したグラフである。このグラフに示されるように、摺動浮揚力Wは、隙間比mが2.2のときに最大となり、隙間比mがこの値から離間するほど小さくなる。この知見より、隙間比mを2.2近傍に設定すれば高い摺動浮揚力Wを得ることができる。具体的には、隙間比mを1.5〜5.0の範囲とすることで、摺動浮揚力Wを、図7のラインC以上とすることができる。この場合、摺動浮揚力Wとして、その最大値(隙間比mが2.2のときの値)の60%以上となる高い値を得ることができる。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the load capacity coefficient Kw and the gap ratio m. As shown in this graph, the sliding levitation force W becomes maximum when the gap ratio m is 2.2, and becomes smaller as the gap ratio m is separated from this value. From this finding, a high sliding levitation force W can be obtained if the gap ratio m is set in the vicinity of 2.2. Specifically, by setting the gap ratio m in the range of 1.5 to 5.0, the sliding levitation force W can be made equal to or higher than the line C in FIG. In this case, as the sliding levitation force W, a high value that is 60% or more of the maximum value (value when the gap ratio m is 2.2) can be obtained.
式(1)に基づくと、最小隙間h1が小さいほど摺動浮揚力Wは大きくなる。しかし、小さすぎる最小隙間h1は、被摺動面SAと摺動面SBとの間に生じる摩擦係数を大きくする。つまり、最小隙間h1について、前記摩擦係数を小さく抑えることのできる最適な範囲が存在する。前記摩擦係数の大小は、摺動面SBの摺動浮揚時における摩擦の大小に相当し、摩擦係数が小さいほど良好な摺動浮揚が実現できる。この観点から、望ましい最小隙間h1は、0.5μm〜2.0μmの範囲である。h1が2.0μmを超過すると、上掲の式(1)より、摺動浮揚力Wが小さくなる傾向が顕著となる。一方、h1が0.5μmを下回ると、前記摩擦係数が大きくなり、良好な摺動浮揚を阻害する傾向が顕著となる。 Based on equation (1), the sliding levitation force W increases as the minimum gap h1 decreases. However, the minimum gap h1 that is too small increases the coefficient of friction generated between the sliding surface SA and the sliding surface SB. That is, there exists an optimum range in which the friction coefficient can be kept small for the minimum gap h1. The magnitude of the friction coefficient corresponds to the magnitude of friction during sliding levitation of the sliding surface SB. The smaller the friction coefficient, the better the sliding levitation can be realized. From this viewpoint, the desirable minimum gap h1 is in the range of 0.5 μm to 2.0 μm. When h1 exceeds 2.0 μm, the tendency of the sliding levitation force W to become smaller becomes significant from the above equation (1). On the other hand, when h1 is less than 0.5 μm, the coefficient of friction increases, and the tendency to inhibit good sliding levitation becomes significant.
以上より、主軸受メタル35およびコンロッド側軸受メタル85に設けられた張出形状部Mのプロファイルとしては、
隙間比m=h2/h1=1.5〜5.0
の範囲に設定することが望ましい。さらに、
最小隙間h1=0.5μm〜2.0μm
の範囲に設定することが望ましい。
From the above, as the profile of the projecting shape portion M provided in the main bearing metal 35 and the connecting rod side bearing metal 85,
Gap ratio m = h2 / h1 = 1.5-5.0
It is desirable to set it within the range. further,
Minimum gap h1 = 0.5 μm to 2.0 μm
It is desirable to set it within the range.
最大隙間h2、及び最大隙間h2と最小隙間h1との差分h2−h1である山高さDAは、h1及びmが設定されることにより、自ずと決定される。好ましい山高さDAは、(h1_min×m_min−h1_min)〜(h1_max×m_max−h1_max)より、0.25μm〜8.0μmの範囲である。 The peak height DA, which is the maximum gap h2, and the difference h2-h1 between the maximum gap h2 and the minimum gap h1, is naturally determined by setting h1 and m. A preferable peak height DA is in the range of 0.25 μm to 8.0 μm from (h1_min × m_min−h1_min) to (h1_max × m_max−h1_max).
なお、望ましい最小隙間h1は、摺動部材Bつまり張出形状部Mおよびピストン5が現に摺動動作を実行している際に望まれる隙間である。そのため、クランクジャーナル71およびクランクピン72の回転および軸受メタル35、85に対する摺動動作に伴って熱膨張した状態で前記の最小隙間h1が確保されるよう、常温設計値を定めることが望ましい。 The desired minimum gap h1 is a gap that is desired when the sliding member B, that is, the overhanging portion M and the piston 5 are actually performing a sliding operation. Therefore, it is desirable to determine the normal temperature design value so that the minimum gap h1 is ensured in a state where the crank journal 71 and the crank pin 72 rotate and slides with respect to the bearing metals 35 and 85 in a thermally expanded state.
また、被摺動面つまりクランクジャーナル71の外周面71aおよびクランクピン72の外周面72aを、平滑度が高い面として、最小隙間h1を、これら外周面71a、72aの表面粗さよりも大きい値に設定することが望ましい。これは、摺動浮揚時において、摺動面35a、85aと被摺動面71a、72aとが接触しないようにするためである。例えば、クランクジャーナル71の外周面71aおよびクランクピン72の外周面72aの表面粗さ(算術平均粗さRa)が0.6μmである場合、最小隙間h1を0.5μmに設定すると、前記接触が生じ得る。この接触を回避できるよう、最小隙間h1は、クランクジャーナル71の外周面71aおよびクランクピン72の外周面72aの表面粗さの2倍程度以上に設定することが望ましい。 The sliding surface, that is, the outer peripheral surface 71a of the crank journal 71 and the outer peripheral surface 72a of the crank pin 72 are surfaces having high smoothness, and the minimum gap h1 is set to a value larger than the surface roughness of these outer peripheral surfaces 71a and 72a. It is desirable to set. This is to prevent the sliding surfaces 35a and 85a from coming into contact with the sliding surfaces 71a and 72a during sliding levitation. For example, when the surface roughness (arithmetic average roughness Ra) of the outer peripheral surface 71a of the crank journal 71 and the outer peripheral surface 72a of the crank pin 72 is 0.6 μm, the contact is reduced when the minimum gap h1 is set to 0.5 μm. Can occur. In order to avoid this contact, the minimum gap h1 is desirably set to be about twice or more the surface roughness of the outer peripheral surface 71a of the crank journal 71 and the outer peripheral surface 72a of the crankpin 72.
(2−2)コンロッド側軸受メタルのミクロテクスチャ構造部
コンロッド側軸受メタル85には、張出形状部Mに加えて前記浮揚力を高めるためのミクロテクスチャ構造部40が備えられている。つまり、コンロッド側軸受メタル85の摺動面(内周面)85aには、張出形状部Mのマクロプロファイルによって創出される浮揚をアシストするために、ミクロテクスチャ構造部40が重畳的に配置されている。図8は、コンロッド側軸受メタル85を概略的に示した斜視図である。
(2-2) Micro-textured structure portion of connecting rod side bearing metal The connecting rod-side bearing metal 85 is provided with a micro-textured structure portion 40 for enhancing the levitation force in addition to the overhanging shape portion M. That is, the micro-texture structure 40 is superimposed on the sliding surface (inner peripheral surface) 85a of the connecting rod side bearing metal 85 in order to assist the levitation created by the macro profile of the protruding portion M. ing. FIG. 8 is a perspective view schematically showing the connecting rod side bearing metal 85.
本実施形態では、ミクロテクスチャ構造部40の加工領域を少なく抑えつつ浮揚力が効果的に得られるように、マクロ側頂部P1が配置される領域R1付近の領域であってクランクピン72に高い荷重が伝達される領域R11、および、これと対向する領域であってピストン5から高い慣性力が加えられて領域R1、R11と同様にコンロッド側軸受メタル85の摺動面(内周面)85aとクランクピン72の被摺動面(外周面)72aとが接触しやすい領域R12にミクロテクスチャ構造部40が設けられている。一方、本実施形態では、気筒配列方向(コンロッド側軸受メタル85の摺動方向と直交する方向)については、ミクロテクスチャ構造部40は摺動面85aの全体にわたって設けられている。 In the present embodiment, a high load is applied to the crankpin 72 in a region near the region R1 where the macro side top portion P1 is disposed so that a levitation force can be effectively obtained while suppressing the processing region of the microtextured structure portion 40 to a small extent. And a sliding surface (inner peripheral surface) 85a of the connecting rod side bearing metal 85 in the same manner as the regions R1 and R11 by applying a high inertia force from the piston 5 to the region R11 where the pressure is transmitted. The microtextured structure portion 40 is provided in a region R12 where the sliding surface (outer peripheral surface) 72a of the crank pin 72 is likely to come into contact. On the other hand, in the present embodiment, the microtexture structure portion 40 is provided over the entire sliding surface 85a in the cylinder arrangement direction (direction orthogonal to the sliding direction of the connecting rod side bearing metal 85).
図9は、図3の一部を拡大した図であってミクロテクスチャ構造部40を拡大して示した、気筒配列方向と直交する断面図である。 FIG. 9 is an enlarged view of a part of FIG. 3, and is a cross-sectional view orthogonal to the cylinder arrangement direction, showing the microtexture structure portion 40 in an enlarged manner.
ミクロテクスチャ構造部40は、コンロッド側軸受メタル85の摺動面85aに形成された気筒配列方向(つまりコンロッド側軸受メタル85のクランクピン72に対する摺動方向と直交する方向)に延びる複数の溝41からなる。各溝41は、ミクロンオーダーの溝幅を有する微小な溝であり、コンロッド側軸受メタル85のクランクピン72に対する摺動方向に所定のピッチで配列されている。なお、溝41の延びる方向は、前記摺動方向に対して完全に直交する方向でなくとも良く、後述する浮揚の効果が得られる限りにおいて前記直交方向から傾いていても良い。例えば、前記直交方向に対して10°〜20°程度傾いた方向に延びる溝41であっても良い。 The microtextured structure portion 40 has a plurality of grooves 41 extending in the cylinder arrangement direction formed on the sliding surface 85a of the connecting rod side bearing metal 85 (that is, the direction orthogonal to the sliding direction of the connecting rod side bearing metal 85 with respect to the crank pin 72). Consists of. Each groove 41 is a minute groove having a groove width on the order of microns, and is arranged at a predetermined pitch in the sliding direction of the connecting rod side bearing metal 85 with respect to the crank pin 72. The direction in which the groove 41 extends may not be completely orthogonal to the sliding direction, and may be inclined from the orthogonal direction as long as the effect of levitation described later is obtained. For example, the groove 41 may extend in a direction inclined by about 10 ° to 20 ° with respect to the orthogonal direction.
<溝の構造及び作用>
この実施形態では、ミクロテクスチャ構造部40が備える複数の溝41は、気筒配列方向と直交する断面において、鋸歯形状を形成している。
<Groove structure and action>
In this embodiment, the plurality of grooves 41 included in the microtextured structure section 40 form a sawtooth shape in a cross section orthogonal to the cylinder arrangement direction.
具体的には、クランクピン72の外周面72aは前記のように円筒面であり、溝41の各々は、クランクピン72の外周面72aに最も近い部分であるミクロ側頂部42と、最も遠い部分であるミクロ側底部43と、ミクロ側頂部42とミクロ側底部43との間の傾き面44とを備える。傾き面44は、コンロッド側軸受メタル85のクランクピン72に対する摺動方向C2の下流側が深く、上流側が浅くなる傾き面である。 Specifically, the outer peripheral surface 72a of the crankpin 72 is a cylindrical surface as described above, and each of the grooves 41 is a portion farthest from the micro side top portion 42 which is the portion closest to the outer peripheral surface 72a of the crankpin 72. And a slant surface 44 between the micro side top portion 42 and the micro side bottom portion 43. The inclined surface 44 is an inclined surface in which the downstream side in the sliding direction C2 of the connecting rod side bearing metal 85 with respect to the crank pin 72 is deep and the upstream side is shallow.
一つの溝41の開口縁は、コンロッド側軸受メタル85の摺動方向C2の上流側の開口縁である上流側縁部41Uと下流側の開口縁である下流側縁部41Dとを含む。これら縁部41U、41Dは、上下方向に隣接する一対のミクロ側頂部42でもある。換言すると、一つの溝41のミクロ側頂部42が、この一つの溝41の上側に隣接する溝41の下流側縁部41Dを兼ねている。つまり、隣接する溝41間にプラトー部のような平面部は存在せず、複数の溝41が上下方向に連設されている。従って、溝ピッチL1は、上流側縁部41Uと下流側縁部41Dとの間の上下方向の長さ(溝幅)と同じである。 The opening edge of one groove 41 includes an upstream edge 41U which is an upstream opening edge in the sliding direction C2 of the connecting rod side bearing metal 85 and a downstream edge 41D which is a downstream opening edge. These edge parts 41U and 41D are also a pair of micro side top parts 42 adjacent to the up-down direction. In other words, the micro side top portion 42 of one groove 41 also serves as the downstream side edge portion 41 </ b> D of the groove 41 adjacent to the upper side of the one groove 41. That is, there is no flat portion such as a plateau portion between adjacent grooves 41, and a plurality of grooves 41 are continuously provided in the vertical direction. Accordingly, the groove pitch L1 is the same as the vertical length (groove width) between the upstream edge 41U and the downstream edge 41D.
溝41は、下流側縁部41Dとミクロ側底部43との間の第1面45と、上流側縁部41Uとミクロ側底部43との間の第2面46とを有している。第1面45はクランクピン72の径方向および気筒配列方向に延びる平面である。第2面46は、クランクピン72の外周面72aに対して傾きを持ち気筒配列方向に延びる平面である。ただし、第2面46は、第1面45のような直交面ではなく、比較的緩い傾きを持つ平面である。本実施形態では、第2面46が前述の傾き面44である。また、第2面46(傾き面44)の摺動方向の幅が溝幅(溝ピッチL1)と一致している。 The groove 41 has a first surface 45 between the downstream side edge portion 41 </ b> D and the micro side bottom portion 43, and a second surface 46 between the upstream side edge portion 41 </ b> U and the micro side bottom portion 43. The first surface 45 is a plane extending in the radial direction of the crank pins 72 and the cylinder arrangement direction. The second surface 46 is a flat surface that is inclined with respect to the outer peripheral surface 72 a of the crankpin 72 and extends in the cylinder arrangement direction. However, the second surface 46 is not an orthogonal surface like the first surface 45 but a plane having a relatively gentle inclination. In the present embodiment, the second surface 46 is the inclined surface 44 described above. Further, the width of the second surface 46 (inclined surface 44) in the sliding direction matches the groove width (groove pitch L1).
複数の溝41は、微小な切削刃を用いた各種の切削加工によって形成することができる。例えば、ピストン5を旋盤で回転させながら切削刃を摺動面(コンロッド側軸受メタル85の内周面)85a当接させることで、必要な溝41を形成することができる。また、摺動面85aの一部の領域にのみ溝41を設ける場合には、微小な切削刃を楕円又は円の軌跡を描きながら前記内周面85aに当接させる楕円振動切削加工によって、必要な溝41を形成することができる。 The plurality of grooves 41 can be formed by various cutting processes using a minute cutting blade. For example, the necessary groove 41 can be formed by bringing the cutting blade into contact with the sliding surface (inner peripheral surface of the connecting rod side bearing metal 85) 85a while rotating the piston 5 with a lathe. Further, when the groove 41 is provided only in a partial region of the sliding surface 85a, it is necessary by an elliptical vibration cutting process in which a minute cutting blade is in contact with the inner peripheral surface 85a while drawing an elliptical or circular locus. The groove 41 can be formed.
図10は、図9に対応する図であって、クランクピン72とコンロッド側軸受メタル85との摺動時の潤滑性流体Fの流れFAを模式的に示した断面図である。コンロッド側軸受メタル85がその摺動方向C2の下流側に速度H1で移動すると、コンロッド側軸受メタル85の内周面85aとクランクピン72の外周面72aとの間の隙間G1には、それぞれ潤滑性流体Fが前記摺動方向C2の上流側に向けて相対的に流れ込み、隙間G1には摺動方向C2の下流側から上流側へ流れる流れFAが形成される。この流れFAは層流である。 FIG. 10 is a view corresponding to FIG. 9, and is a cross-sectional view schematically showing the flow FA of the lubricating fluid F during sliding between the crankpin 72 and the connecting rod side bearing metal 85. When the connecting rod side bearing metal 85 moves downstream in the sliding direction C2 at the speed H1, the gap G1 between the inner peripheral surface 85a of the connecting rod side bearing metal 85 and the outer peripheral surface 72a of the crank pin 72 is lubricated. The ionic fluid F flows relatively toward the upstream side in the sliding direction C2, and a flow FA that flows from the downstream side to the upstream side in the sliding direction C2 is formed in the gap G1. This flow FA is a laminar flow.
ここで、溝41の各々は、前記のように摺動方向C2の下流側が深く上流側が浅くなる傾き面44を有する。従って、コンロッド側軸受メタル85の摺動時において、前記層流FAは、比較的広い空間から比較的狭い空間に閉じ込められる動作を繰り返しながら流れる。つまり、上側に向かうに連れてクランクピン72の外周面72aとの隙間Gを狭くする傾き面44によって、流れFAは徐々に狭い空間すなわち流路面積が小さい領域へ閉じ込められ、密度が高められる。このような閉じ込めの作用により、コンロッド側軸受メタル85の内周面85aにはクランクピン72の外周面72aから離間する方向の力つまりクランクピン72に対して浮揚する大きな浮揚力が付与されることになる。そして、これにより、コンロッド側軸受メタル85の内周面85aとクランクピン72の外周面72aとの間の摺動抵抗が低減される。 Here, each of the grooves 41 has the inclined surface 44 in which the downstream side in the sliding direction C2 is deep and the upstream side is shallow as described above. Therefore, when the connecting rod side bearing metal 85 slides, the laminar flow FA flows while repeating the operation of being confined from a relatively wide space to a relatively narrow space. That is, the flow FA is gradually confined in a narrow space, that is, a region having a small flow passage area, and the density is increased by the inclined surface 44 that narrows the gap G with the outer peripheral surface 72a of the crankpin 72 as it goes upward. Due to such a confinement action, the inner circumferential surface 85a of the connecting rod side bearing metal 85 is given a force in a direction away from the outer circumferential surface 72a of the crankpin 72, that is, a large levitation force floating on the crankpin 72. become. Thereby, the sliding resistance between the inner peripheral surface 85a of the connecting rod side bearing metal 85 and the outer peripheral surface 72a of the crankpin 72 is reduced.
<ミクロテクスチャ構造部のプロファイル>
ミクロテクスチャ構造部40のプロファイルについても、図6、図7及び式(1)に示した技術思想を適用することができる。すなわち、ミクロ側頂部42とクランクピン72の外周面72aとの間の距離を最小隙間h3とし、ミクロ側底部43とクランクピン72の外周面72aとの間の距離を最大隙間h4とするとき、その隙間比m=h4/h3を、1.5〜5.0の範囲に設定することが望ましい。なお、最小隙間h3は、自ずと張出形状部Mについての最小隙間h1と同じく0.5μm〜2.0μmとなる。また、最大隙間h4及び溝深さD(h4−h3)は、最小隙間h3及び隙間比mが設定されることにより、自ずと決定される。
<Profile of micro-texture structure>
The technical idea shown in FIGS. 6, 7, and Expression (1) can also be applied to the profile of the microtexture structure portion 40. That is, when the distance between the micro side top portion 42 and the outer peripheral surface 72a of the crankpin 72 is the minimum clearance h3, and the distance between the micro side bottom portion 43 and the outer peripheral surface 72a of the crankpin 72 is the maximum clearance h4, It is desirable to set the gap ratio m = h4 / h3 in the range of 1.5 to 5.0. Note that the minimum gap h3 is naturally 0.5 μm to 2.0 μm, similar to the minimum gap h1 for the protruding shape portion M. Further, the maximum gap h4 and the groove depth D (h4-h3) are naturally determined by setting the minimum gap h3 and the gap ratio m.
また、このミクロプロファイルに関しても、最小隙間h3は、クランクピン72の外周面72aの表面粗さよりも大きい値、例えば、クランクピン72の外周面72aの表面粗さの2倍程度以上に設定することが望ましい。 Also for this micro profile, the minimum gap h3 is set to a value larger than the surface roughness of the outer peripheral surface 72a of the crankpin 72, for example, about twice or more the surface roughness of the outer peripheral surface 72a of the crankpin 72. Is desirable.
また、複数の溝41の溝ピッチL1は、1μm〜1mmの範囲、好ましくは5μm〜100μmの範囲に設定されていることが望ましい。短すぎる溝ピッチL1及び長すぎる溝ピッチL1を持つ溝41からなるミクロテクスチャ構造部40は、いずれも前述の閉じ込めの作用を良好に発揮することができない。上記の範囲に溝ピッチL1を設定することで、大きい浮揚力を発生させることが可能となる。 The groove pitch L1 of the plurality of grooves 41 is desirably set in the range of 1 μm to 1 mm, preferably in the range of 5 μm to 100 μm. None of the microtextured structure portions 40 composed of the grooves 41 having the groove pitch L1 that is too short and the groove pitch L1 that is too long can exhibit the above-described confinement action satisfactorily. By setting the groove pitch L1 in the above range, a large levitation force can be generated.
(2−3)主軸受メタルとミクロテクスチャ構造部との関係
ここで、前記のようにミクロテクスチャ構造部40を設ければ浮揚力が高められる。しかしながら、ミクロテクスチャ構造部40は、複数の溝41を有する構造である。そのため、ミクロテクスチャ構造部40を主軸受メタル35の張出形状部Mに設けると、かえって浮揚力が低下するおそれがある。この点について説明する。
(2-3) Relationship between main bearing metal and microtextured structure portion Here, if the microtextured structure portion 40 is provided as described above, the levitation force is increased. However, the microtexture structure portion 40 has a structure having a plurality of grooves 41. Therefore, if the microtextured structure portion 40 is provided on the protruding shape portion M of the main bearing metal 35, the levitation force may be reduced. This point will be described.
図11は、図1のうちクランク軸7周辺を拡大して示した図である。なお、図11では、図が明瞭になるように断面を示す斜線の一部は省略している。 FIG. 11 is an enlarged view of the periphery of the crankshaft 7 in FIG. In FIG. 11, a part of oblique lines indicating a cross section is omitted so that the drawing becomes clear.
ピストン5の往復動時、クランク軸7には、ピストン5、コンロッド8、クランクピン72、バランスウェイト74等の往復動あるいは回転(搖動)運動に伴う慣性力が付与され、これにより、クランク軸7は、そのクランク中心軸X1が上下方向あるいは/およびこれと直交する方向に振れるように振動する。 When the piston 5 is reciprocated, the crankshaft 7 is given an inertial force due to reciprocating or rotational (peristaltic) motion of the piston 5, connecting rod 8, crankpin 72, balance weight 74, and the like. Oscillates so that the crank central axis X1 swings in the vertical direction and / or in the direction perpendicular thereto.
ここで、前記のように、クランク軸7の気筒配列方向の両端には、それぞれ重量の比較的大きいフライホイール91およびクランクプーリー92が接続されている。そのため、クランク中心軸X1の振幅は、クランク軸7のうち特定方向の両端に近づくほど大きくなる。そして、クランク中心軸X1は、その振動途中において、図11の鎖線で示すように気筒配列方向にまっすぐに延びるラインL91に対して、図11の破線で示すラインL92のように上下方向等の振動方向に大きく傾くようになる。具体的には、クランク中心軸X1上に設けられたクランクジャーナル71が、前記ラインL91に対して大きく傾くことになる。なお、図11では、クランク中心軸X1が上下方向に振れる場合について説明したが、クランク中心軸X1が図11の紙面と直交する方向等に振れる場合も、同様に、クランク中心軸X1は、クランク中心軸X1方向の両端部の振幅が最も大きくなるように振動する。 Here, as described above, the flywheel 91 and the crank pulley 92 having relatively large weights are connected to both ends of the crankshaft 7 in the cylinder arrangement direction. Therefore, the amplitude of the crank central axis X1 increases as it approaches the ends of the crankshaft 7 in the specific direction. In the middle of the vibration of the crank central axis X1, the vibration in the vertical direction or the like as indicated by a line L92 indicated by a broken line in FIG. 11 is compared with a line L91 extending straight in the cylinder arrangement direction as indicated by a chain line in FIG. It begins to lean greatly in the direction. Specifically, the crank journal 71 provided on the crank central axis X1 is greatly inclined with respect to the line L91. In FIG. 11, the case where the crank center axis X1 swings in the vertical direction has been described. However, when the crank center axis X1 swings in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. It vibrates so that the amplitudes at both ends in the direction of the central axis X1 are maximized.
図12は、クランクジャーナル71が前記ラインL91に対して傾いている状態を示した断面図である。この図12に示すように、ラインL91に対してクランクジャーナル71が比較的大きく傾くと、クランクジャーナル71の外周面(被摺動面)71aと、主軸受メタル35の内周面(摺動面)35aとの離間距離が、ラインL91に沿う方向の端部付近で過剰に大きくなってしまう。 FIG. 12 is a cross-sectional view showing a state in which the crank journal 71 is inclined with respect to the line L91. As shown in FIG. 12, when the crank journal 71 is relatively inclined with respect to the line L91, the outer peripheral surface (sliding surface) 71a of the crank journal 71 and the inner peripheral surface (sliding surface) of the main bearing metal 35 are obtained. ) The separation distance from 35a becomes excessively large near the end in the direction along the line L91.
そのため、主軸受メタル35の内周面35aに、ミクロテクスチャ構造部40の溝41が形成されていると、溝41の底部とクランクジャーナル71の外周面71aとの間の隙間G2の寸法が過剰に大きくなってしまう。そして、図12の矢印に示すように、潤滑性流体Fがこの比較的大きい隙間部分を通って主軸受メタル35の内周面35aとクランクジャーナル71の外周面71aとの間から外部に逃げてしまい、張出形状部Mによる浮揚力の効果が低減してしまう。 Therefore, if the groove 41 of the microtextured structure portion 40 is formed on the inner peripheral surface 35a of the main bearing metal 35, the size of the gap G2 between the bottom of the groove 41 and the outer peripheral surface 71a of the crank journal 71 is excessive. Will become bigger. Then, as shown by the arrow in FIG. 12, the lubricating fluid F escapes from the space between the inner peripheral surface 35a of the main bearing metal 35 and the outer peripheral surface 71a of the crank journal 71 through this relatively large gap. Therefore, the effect of the levitation force by the projecting shape portion M is reduced.
そこで、本実施形態では、コンロッド側軸受メタル85の張出形状部Mにはミクロテクスチャ構造部40を設ける一方、主軸受メタル35の張出形状部Mにはミクロテクスチャ構造部40を設けない。つまり、主軸受メタル35の張出形状部Mはミクロテクスチャ構造部40を具備しない張出形状部とする。 Therefore, in the present embodiment, the microtextured structure portion 40 is provided in the projecting shape portion M of the connecting rod side bearing metal 85, while the microtextured structure portion 40 is not provided in the projecting shape portion M of the main bearing metal 35. That is, the protruding shape portion M of the main bearing metal 35 is a protruding shape portion that does not include the microtexture structure portion 40.
ここで、前記のように、クランク軸7の振幅は、クランク軸7の気筒配列方向の両端部において最も大きくなる。換言すると、図11に示すように、この振幅はクランク軸7の気筒配列方向の中央部分では小さくなる。従って、気筒配列方向の両端部の主軸受メタル35でのみミクロテクスチャ構造部40を省略し、これらを除く主軸受メタル35には張出形状部Mに加えてミクロテクスチャ構造部40を設けてもよい。特に、クランク軸7の気筒配列方向の中央に位置するクランクジャーナル71の振幅および傾きは小さいので、主軸受メタル35のうち気筒配列方向の中央に位置する主軸受メタル35にミクロテクスチャ構造部40を設ければ、これによって浮揚力を高めることが可能になる。 Here, as described above, the amplitude of the crankshaft 7 is greatest at both ends of the crankshaft 7 in the cylinder arrangement direction. In other words, as shown in FIG. 11, this amplitude is small at the center portion of the crankshaft 7 in the cylinder arrangement direction. Therefore, the microtexture structure portion 40 may be omitted only in the main bearing metal 35 at both ends in the cylinder arrangement direction, and the microtexture structure portion 40 may be provided in the main bearing metal 35 except for these in addition to the protruding shape portion M. Good. In particular, since the amplitude and inclination of the crank journal 71 located at the center of the crankshaft 7 in the cylinder arrangement direction are small, the micro-texture structure portion 40 is provided on the main bearing metal 35 located at the center of the main bearing metal 35 in the cylinder arrangement direction. If provided, this makes it possible to increase the levitation force.
(3)作用等
以上のように、本実施形態では、主軸受メタル35の内周面35aおよびコンロッド側軸受メタル85の内周面85aに張出形状部Mを設け、且つ、その最小隙間h1および隙間比mを前記のように設定することで、クランク軸7の回転時において、張出形状部Mのマクロ側頂部P1付近の部分と、対峙するクランクジャーナル71の外周面71aおよびクランクピン72の外周面72aとの間に、潤滑性流体Fを閉じ込めることができる。そして、これによって、クランクジャーナル71およびクランクピン72を張出形状部Mおよび各軸受メタル35、85に対して浮揚させることができる。そのため、クランクジャーナル71およびクランクピン72と各軸受メタル35、85との間の摺動抵抗を低減できる。
(3) Operation and the like As described above, in the present embodiment, the protruding shape portion M is provided on the inner peripheral surface 35a of the main bearing metal 35 and the inner peripheral surface 85a of the connecting rod side bearing metal 85, and the minimum gap h1 is provided. By setting the clearance ratio m as described above, when the crankshaft 7 is rotated, the outer peripheral surface 71a of the crank journal 71 and the crankpin 72 are opposed to the portion near the macro side top portion P1 of the protruding portion M. The lubricating fluid F can be confined between the outer peripheral surface 72a of the two. As a result, the crank journal 71 and the crank pin 72 can be levitated with respect to the projecting shape portion M and the bearing metals 35 and 85. Therefore, the sliding resistance between the crank journal 71 and the crank pin 72 and the bearing metals 35 and 85 can be reduced.
しかも、本実施形態では、クランクピン72の外周面72aと対峙するコンロッド側軸受メタル85の内周面85aに設けられた張出形状部Mにミクロテクスチャ構造部40が設けられて、コンロッド側軸受メタル85の内周面85aに、気筒配列方向つまりコンロッド側軸受メタル85の内周面85aのクランクピン72に対する摺動方向と直交する方向に延び且つこの摺動方向下流側が深く上流側が浅くなる傾き面44を有する複数の溝41が形成されている。 In addition, in the present embodiment, the micro-texture structure portion 40 is provided on the protruding shape portion M provided on the inner peripheral surface 85a of the connecting rod side bearing metal 85 facing the outer peripheral surface 72a of the crankpin 72, and the connecting rod side bearing is provided. The inclination of the inner circumferential surface 85a of the metal 85 extends in the cylinder arrangement direction, that is, the direction orthogonal to the sliding direction of the inner circumferential surface 85a of the connecting rod side bearing metal 85 with respect to the crankpin 72, and the downstream side of the sliding direction is deeper and the upstream side is shallower. A plurality of grooves 41 having a surface 44 are formed.
そのため、傾き面44によって潤滑性流体Fの流れFAを徐々に狭い空間へ閉じ込めてその密度を高め、これによりコンロッド側軸受メタル85の内周面85aとクランクピン72の外周面72aとの間に大きな浮揚力を発生させることができ、これらの間の摺動抵抗を一層低減することができる。 For this reason, the flow FA of the lubricating fluid F is gradually confined in a narrow space by the inclined surface 44 to increase its density, whereby the gap between the inner peripheral surface 85a of the connecting rod side bearing metal 85 and the outer peripheral surface 72a of the crank pin 72 is increased. A large levitation force can be generated, and the sliding resistance between them can be further reduced.
さらに、本実施形態では、このようにコンロッド側軸受メタル85の内周面85aにはミクロテクスチャ構造部40を設ける一方、主軸受メタル35の内周面35aにはミクロテクスチャ構造部40を設けていない。そのため、前記のように、ミクロテクスチャ構造部40ひいては溝41が主軸受メタル35の内周面35aに設けられることで主軸受メタル35とクランクジャーナル71との間の隙間が大きくなりこの隙間に潤滑性流体Fを閉じ込めることができなくなるのを回避することができ、主軸受メタル35に設けた張出形状部Mによる摺動低減効果を高く確保することができる。また、主軸受メタル35にミクロテクスチャ構造部40ひいてはミクロサイズの溝を形成する必要がなく、加工の手間を格段に低減できる。 Furthermore, in the present embodiment, the microtexture structure portion 40 is provided on the inner peripheral surface 85a of the connecting rod side bearing metal 85 as described above, while the microtexture structure portion 40 is provided on the inner peripheral surface 35a of the main bearing metal 35. Absent. Therefore, as described above, the micro-texture structure 40 and thus the groove 41 are provided on the inner peripheral surface 35a of the main bearing metal 35, so that the gap between the main bearing metal 35 and the crank journal 71 is increased, and the gap is lubricated. It is possible to avoid the trapping of the ionic fluid F, and it is possible to ensure a high sliding reduction effect by the overhanging shape portion M provided in the main bearing metal 35. Further, it is not necessary to form the microtextured structure portion 40 and thus the micro-sized groove in the main bearing metal 35, and the labor of processing can be greatly reduced.
また、本実施形態では、コンロッド側軸受メタル85に設けたミクロテクスチャ構造部40において、ミクロ側頂部42とクランクピン72の外周面(被摺動面)72aとの隙間を最小隙間h3とし、ミクロ側底部43とクランクピン72の外周面72aとの間の隙間を最大隙間h2として、これらが、h4/h3=1.5〜5.0、の範囲に設定されている。また、ミクロ側頂部42とクランクピン72の外周面72aとの隙間である最小隙間h3が、h3=0.5μm〜2.0μmの範囲に設定されている。そのため、クランクピン72の外周面72aをコンロッド側軸受メタル85の内周面85aから一層良好に浮揚させることができ、前記摺動抵抗を格段に低減させることができる。 In the present embodiment, in the microtextured structure portion 40 provided on the connecting rod side bearing metal 85, the gap between the micro side top portion 42 and the outer peripheral surface (sliding surface) 72a of the crankpin 72 is set to the minimum gap h3. The gap between the side bottom 43 and the outer peripheral surface 72a of the crank pin 72 is defined as a maximum gap h2, and these are set in a range of h4 / h3 = 1.5 to 5.0. In addition, a minimum gap h3 that is a gap between the micro side apex 42 and the outer peripheral surface 72a of the crankpin 72 is set in a range of h3 = 0.5 μm to 2.0 μm. For this reason, the outer peripheral surface 72a of the crank pin 72 can be floated more satisfactorily from the inner peripheral surface 85a of the connecting rod side bearing metal 85, and the sliding resistance can be significantly reduced.
また、本実施形態では、ミクロテクスチャ構造部40の溝41の下側縁部41Dとミクロ側底部43との間の第1面45と、溝41の上流側縁部41Uとミクロ側底部43との間の第2面44とが、クランクピン72の外周面72aに対して傾きを持つ平面であり、且つ、第1面45が、クランクピン72の外周面72aに対して第2面44よりも大きい傾きを持つ面であり、第2面44が傾き面44として機能している。 In the present embodiment, the first surface 45 between the lower edge 41D of the groove 41 of the microtextured structure 40 and the micro side bottom 43, the upstream edge 41U of the groove 41, and the micro side bottom 43 The second surface 44 is a plane inclined with respect to the outer peripheral surface 72a of the crankpin 72, and the first surface 45 is more than the second surface 44 with respect to the outer peripheral surface 72a of the crankpin 72. The second surface 44 functions as the inclined surface 44.
そのため、比較的大きい傾きを持つ第1面45の領域において潤滑性流体Fの流れを拡がらせた後、比較的小さい傾きを持つ第2面44によって潤滑性流体Fの流れを徐々に閉じ込めてゆくことができ、ミクロテクスチャ構造部40およびが設けられたコンロッド側軸受メタル85とクランクピン72の外周面72aとの間に確実に高い浮揚力を付与することができる。 Therefore, after spreading the flow of the lubricating fluid F in the region of the first surface 45 having a relatively large inclination, the flow of the lubricating fluid F is gradually confined by the second surface 44 having a relatively small inclination. Thus, a high levitation force can be reliably applied between the connecting rod side bearing metal 85 provided with the microtextured structure 40 and the outer peripheral surface 72a of the crankpin 72.
特に、第1面45がクランクピン72の外周面72aに対して直交する方向に延びるように、つまり、第1面45の前記外周面72aに対する傾き角が90°に設定されており、溝41の上下方向の幅の大半を、傾き面44として機能する第2面44にて構成することができる。従って、潤滑性流体Fの閉じ込め効果を高めることができる。 In particular, the inclination angle of the first surface 45 with respect to the outer peripheral surface 72a is set to 90 ° so that the first surface 45 extends in a direction orthogonal to the outer peripheral surface 72a of the crankpin 72, and the groove 41 Most of the vertical width can be configured by the second surface 44 functioning as the inclined surface 44. Therefore, the confinement effect of the lubricating fluid F can be enhanced.
また、複数の溝41が上下方向に並ぶピッチが、1μm〜1mmの範囲に設定されているので、一層大きい浮揚力を発生させることができる。 Further, since the pitch in which the plurality of grooves 41 are arranged in the vertical direction is set in the range of 1 μm to 1 mm, a larger levitation force can be generated.
(4)変形例
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
(4) Modifications Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this.
例えば、潤滑性流体Fは空気に限らず、水やオイルであってもよい。 For example, the lubricating fluid F is not limited to air but may be water or oil.
また、溝41(ミクロテクスチャ構造部40)の形成領域は、前記に限らず、コンロッド側軸受メタル85の内周面85aの全域等であってもよい。 The formation region of the groove 41 (microtextured structure portion 40) is not limited to the above, and may be the entire region of the inner peripheral surface 85a of the connecting rod side bearing metal 85 or the like.
ただし、コンロッド側軸受メタル85の内周面85aのうちこの内周面85aとクランクピン72とが接触しやすい前記領域R11、R12にのみ設ければ、ミクロサイズの溝を有し比較的加工が難しいミクロテクスチャ構造部40の加工領域を小さく抑えて作業性およびコストを良好にしつつ、前記のように、爆発荷重が加えられた際に生じる摺動抵抗を効果的に低減することができる。 However, if the inner peripheral surface 85a of the connecting rod side bearing metal 85 is provided only in the regions R11 and R12 where the inner peripheral surface 85a and the crank pin 72 are easily in contact with each other, it has a micro-sized groove and is relatively processed. As described above, the sliding resistance generated when an explosive load is applied can be effectively reduced while reducing the processing area of the difficult microtexture structure portion 40 to improve workability and cost.
また、前記のように、気筒配列方向の両端部の主軸受メタル35でのみミクロテクスチャ構造部40を省略し、これらを除く主軸受メタル35には張出形状部Mに加えてミクロテクスチャ構造部40を設けてもよく、この場合には主軸受メタル35とクランクジャーナル71との間の浮揚力を高めることができる。 Further, as described above, the microtexture structure portion 40 is omitted only in the main bearing metal 35 at both ends in the cylinder arrangement direction, and the microtexture structure portion is added to the main bearing metal 35 except for these in addition to the protruding shape portion M. 40 may be provided. In this case, the levitation force between the main bearing metal 35 and the crank journal 71 can be increased.
また、前記実施形態では、溝41の摺動方向(上下方向)の断面形状が鋸歯型のものを例示したが、傾き面44が摺動方向の下流側(下側)が深く上流側(上側)が浅くなる傾向を具備している限りにおいて溝41の形状を変形して良い。例えば、ミクロ側底部43が鋭角的なものとせず、R面としてもよい。また、傾き面44が緩やかな凸面又は凹面であっても良い。 In the above embodiment, the groove 41 has a sawtooth shape in the sliding direction (vertical direction), but the inclined surface 44 is deeper on the downstream side (lower side) in the sliding direction and on the upstream side (upper side). ) May be deformed as long as it has a tendency to become shallower. For example, the micro side bottom portion 43 may not be an acute angle but may be an R surface. Further, the inclined surface 44 may be a gentle convex surface or a concave surface.
<変形例1>
図13は、変形例1に係るミクロテクスチャ構造部40aを備えた摺動部(コンロッド側軸受メタルあるいは気筒配列方向の両端部を除く主軸受メタル)150の内周面150Sの断面図である。前記の実施形態では、溝41の第1面45が被摺動面200Sに対して直交する方向に延びる平面である例を示した。変形例1では、第1面45が前記直交する方向から傾いた面である例を示す。
<Modification 1>
FIG. 13 is a cross-sectional view of the inner peripheral surface 150S of the sliding portion (conrod-side bearing metal or main bearing metal excluding both ends in the cylinder arrangement direction) 150 provided with the microtextured structure portion 40a according to the first modification. In the above-described embodiment, the example in which the first surface 45 of the groove 41 is a plane extending in a direction orthogonal to the sliding surface 200S has been described. Modification 1 shows an example in which the first surface 45 is a surface inclined from the orthogonal direction.
ミクロテクスチャ構造部40aの溝41は、その下流側縁部41Dであるミクロ側頂部42とミクロ側底部43との間の第1面45と、上流側縁部41Uであるミクロ側頂部42とミクロ側底部43との間の第2面46とを含む。第1面45及び第2面46のいずれも被摺動面200Sに対して傾きを持つ平面である。第1面45は、被摺動面200Sに対して傾き角θ1を持ち、第2面46は、被摺動面200Sに対して傾き角θ2を持つ。ここで、第1面45は、第2面46よりも大きい傾きを持つ面(θ1>θ2)である。第1面45の、被摺動面200Sに対する傾き角θ1の望ましい範囲は、70°〜90°である。なお、第2面46の傾き角θ2は、θ1に対して十分小さいことが望ましく、例えば10°〜55°程度の範囲から選択することができる。 The groove 41 of the microtextured structure portion 40a includes a first surface 45 between the micro side top portion 42 and the micro side bottom portion 43 that is the downstream side edge portion 41D, and the micro side top portion 42 that is the upstream side edge portion 41U and the micro side surface 42. 2nd surface 46 between the side bottom parts 43 is included. Both the first surface 45 and the second surface 46 are flat surfaces that are inclined with respect to the sliding surface 200S. The first surface 45 has an inclination angle θ1 with respect to the sliding surface 200S, and the second surface 46 has an inclination angle θ2 with respect to the sliding surface 200S. Here, the first surface 45 is a surface (θ1> θ2) having a larger inclination than the second surface 46. A desirable range of the inclination angle θ1 of the first surface 45 with respect to the sliding surface 200S is 70 ° to 90 °. The inclination angle θ2 of the second surface 46 is preferably sufficiently small with respect to θ1, and can be selected from a range of about 10 ° to 55 °, for example.
第1面45は、被摺動面200Sに対して直交する平面であることが望ましいが、前記の制限の範囲で前記直交する方向に対して傾いた平面であってもよい。このような第1面45を持つ溝41であれば、潤滑性流体Fの層流(流れFA)が摺動部150の外周面150Sと被摺動面200Sとの間の隙間Gを流入方向H2に沿って流れる際、比較的大きい傾き角θ1を持つ第1面45の領域において急に前記層流の幅が拡がり、比較的小さい傾き角θ2を持つ第2面46(傾き面44)によって徐々に前記層流が閉じ込められてゆくという動作が繰り返される。このような層流の動作によって、良好な浮揚力が生成される。 The first surface 45 is desirably a plane orthogonal to the sliding surface 200S, but may be a plane inclined with respect to the direction orthogonal to the above-mentioned limitation. In the groove 41 having the first surface 45 as described above, the laminar flow (flow FA) of the lubricating fluid F flows through the gap G between the outer peripheral surface 150S of the sliding portion 150 and the sliding surface 200S in the inflow direction. When flowing along H2, the width of the laminar flow suddenly expands in the region of the first surface 45 having a relatively large inclination angle θ1, and the second surface 46 (inclination surface 44) having a relatively small inclination angle θ2. The operation of gradually confining the laminar flow is repeated. A good levitation force is generated by the operation of the laminar flow.
<変形例2>
図14は、変形例2に係るミクロテクスチャ構造部40bを備えた摺動部150の外周面150Sの断面図である。前記の実施形態では、複数の溝41が摺動方向(上下方向)H1に密に連設されている例を示した。変形例2では、隣接する溝41間にプラトー(plateau)が設けられている例を示す。
<Modification 2>
FIG. 14 is a cross-sectional view of the outer peripheral surface 150S of the sliding portion 150 including the microtexture structure portion 40b according to the second modification. In the above-described embodiment, the example in which the plurality of grooves 41 are closely connected in the sliding direction (vertical direction) H1 has been described. In the second modification, an example in which a plateau is provided between adjacent grooves 41 is shown.
ミクロテクスチャ構造部40bは、複数の溝41と、隣接する溝41の間に配置されたプラトー部49とを含む。プラトー部49は、被摺動面200Sと略平行な平面である。プラトー部49は、一の溝41の上流側縁部41Uとなるミクロ側頂部42と、前記一の溝41の上側に隣接する溝41の下流側縁部41Dとの間に延びる平面である。この場合、溝ピッチL1は、摺動方向H1における溝41の上流側縁部41U〜下流側縁部41Dの長さである溝幅L2と、プラトー部49の長さとが加算されたものとなる。このように、溝間にプラトー部49が存在している態様であっても、プラトー部49が溝幅L2に対して長すぎるものでない限り、浮揚力を発生させることができる。 The microtextured structure part 40 b includes a plurality of grooves 41 and a plateau part 49 disposed between the adjacent grooves 41. The plateau part 49 is a plane substantially parallel to the sliding surface 200S. The plateau portion 49 is a plane extending between the micro-side apex portion 42 that becomes the upstream edge portion 41U of the one groove 41 and the downstream edge portion 41D of the groove 41 adjacent to the upper side of the one groove 41. In this case, the groove pitch L1 is obtained by adding the groove width L2 that is the length of the upstream edge 41U to the downstream edge 41D of the groove 41 in the sliding direction H1 and the length of the plateau portion 49. . Thus, even if the plateau part 49 exists between the grooves, the levitation force can be generated as long as the plateau part 49 is not too long with respect to the groove width L2.
プラトー部49は平滑度が高い面であることが望ましい。プラトー部49は、最小隙間h1を規定するミクロ側頂部42と同じ高さ位置にある面であり、その平滑度が低いと被摺動面200Sとの接触が問題になるからである。この場合、ミクロ側頂部42と被摺動面200Sとの間の最小隙間h1は、被摺動面200Sの表面粗さと、プラトー部49の表面粗さとを合算した合算表面粗さよりも大きい値に設定されることが望ましい。例えば、クランクピン72の外周面72a及びプラトー部49の算術平均粗さRaがいずれも0.5μmである場合、最小隙間h1はこれらの合算表面粗さ1μmを越える値、好ましくは2倍以上の値に設定することが望ましい。 The plateau portion 49 is desirably a surface having high smoothness. This is because the plateau portion 49 is a surface at the same height as the micro-side top portion 42 that defines the minimum gap h1, and if the smoothness is low, contact with the sliding surface 200S becomes a problem. In this case, the minimum gap h1 between the micro side top portion 42 and the sliding surface 200S is larger than the total surface roughness obtained by adding the surface roughness of the sliding surface 200S and the surface roughness of the plateau portion 49. It is desirable to set. For example, when the arithmetic average roughness Ra of the outer peripheral surface 72a of the crankpin 72 and the plateau portion 49 is both 0.5 μm, the minimum gap h1 is a value that exceeds these combined surface roughnesses of 1 μm, preferably twice or more. It is desirable to set it to a value.
2 気筒
5 ピストン
7 クランク軸
8 コンロッド
71 クランクジャーナル
71a クランクジャーナルの外周面
72 クランクピン
72a クランクピンの外周面
40 ミクロテクスチャ構造部
41 溝
42 ミクロ側頂部
43 ミクロ側底部
F 潤滑性流体
M 張出形状部
P1 マクロ側頂部(張出形状部の頂部)
Q1 マクロ側底部(張出形状部の底部)
2 cylinder 5 piston 7 crankshaft 8 connecting rod 71 crank journal 71a outer peripheral surface 72 a crank pin 72a crankpin of the outer peripheral surface 40 micro texture structure 41 groove 42 micro-side top 43 micro-side bottom F lubricating fluid M overhang shape of the crank journal Part P1 Macro side top (top of the overhanging part)
Q1 Macro side bottom (bottom of overhanging part)
Claims (5)
前記クランク軸は、当該クランク軸の軸線に沿って並ぶ複数のクランクジャーナルと、前記クランク軸の軸線から離間する位置で前記特定方向に並ぶ複数のクランクピンとを含み、
前記シリンダブロックは、前記各クランクジャーナルの外周面と対峙して当該外周面に対して相対的に摺動する第1内周面を有するとともに当該各クランクジャーナルをそれぞれ回転可能に支持する複数の主軸受部を含み、
前記各コンロッドは、前記各クランクピンの外周面と対峙して当該外周面に対して相対的に摺動する第2内周面を有するとともに当該各クランクピンをそれぞれ回転可能に支持する複数のコンロッド側軸受部を含み、
前記第1内周面および第2内周面と、対峙する前記各外周面との間には潤滑性流体が介在されており、
前記第1内周面および第2内周面は、対峙する前記外周面側にそれぞれ張り出してこれら内周面と一体に前記外周面に対して摺動する張出形状部を有し、
前記各張出形状部は、それぞれ、最も張り出した部分となる頂部と、この頂部よりも当該各張出形状部の摺動方向の下流側に位置し且つ対峙する前記各外周面から最も離間する底部とを含み、
前記各張出形状部において、前記頂部と当該頂部と対峙する前記外周面との離間距離を最小隙間h1とし、前記底部と当該底部と対峙する前記外周面との離間距離を最大隙間h2とするとき、これら最小隙間h1と最大隙間h2とは、
h2/h1=1.5〜5.0、
の範囲に設定されており、
前記第2内周面に設けられた前記張出形状部は、当該張出形状部の摺動方向と直交する方向に延びる複数の溝を備えたミクロテクスチャ構造部を含み、
前記ミクロテクスチャ構造部の溝は、当該ミクロテクスチャ構造部が設けられた前記張出形状部の摺動方向について下流側が深く上流側が浅くなる傾き面を有し、
前記特定方向の両端部に位置する前記第1内周面に設けられた前記張出形状部は、前記ミクロテクスチャ構造部を具備しない張出形状部である、ことを特徴とする往復動ピストンエンジン。 A plurality of cylinders formed in a cylinder block and arranged in a specific direction, a plurality of pistons reciprocating in the cylinders, a plurality of connecting rods respectively connected to the plurality of pistons, and the specific direction A reciprocating piston engine comprising a crankshaft commonly connected to the plurality of connecting rods so as to rotate about an extending axis;
The crankshaft includes a plurality of crank journals arranged along the axis of the crankshaft, and a plurality of crankpins arranged in the specific direction at positions spaced from the axis of the crankshaft,
The cylinder block has a first inner peripheral surface that slides relative to the outer peripheral surface facing the outer peripheral surface of each crank journal, and a plurality of main blocks that rotatably support the respective crank journals. Including bearings,
Each connecting rod has a second inner peripheral surface that slides relative to the outer peripheral surface in opposition to the outer peripheral surface of each crankpin, and a plurality of connecting rods that rotatably support the respective crankpins. Including side bearings,
A lubricating fluid is interposed between the first inner peripheral surface and the second inner peripheral surface and the outer peripheral surfaces facing each other,
The first inner peripheral surface and the second inner peripheral surface each have a protruding shape portion that protrudes toward the outer peripheral surface facing each other and slides relative to the outer peripheral surface integrally with the inner peripheral surface,
Each of the projecting shape portions is located at the most projecting portion, and is located farthest from the outer peripheral surfaces that are located on the downstream side of the projecting shape portion in the sliding direction and facing each other. Including the bottom,
In each projecting shape portion, the separation distance between the top portion and the outer peripheral surface facing the top portion is a minimum clearance h1, and the separation distance between the bottom portion and the outer peripheral surface facing the bottom portion is a maximum clearance h2. The minimum gap h1 and the maximum gap h2 are
h2 / h1 = 1.5-5.0,
Is set to the range of
Wherein said projecting shape portion kicked set to the second inner peripheral surface includes a micro texture structure having a plurality of grooves extending in a direction orthogonal to the sliding direction of the projecting shape portion,
The groove of the microtextured structure portion has an inclined surface where the downstream side is deep and the upstream side is shallow with respect to the sliding direction of the overhanging shape portion provided with the microtextured structure portion,
Wherein said projecting shape portion eclipse set the first inner circumferential surface, a reciprocating piston, wherein the micro is projecting shape portion having no texture structure, and being located at both ends of the specific direction engine.
前記ミクロテクスチャ構造部の前記溝の、対峙する前記外周面に最も近い部分をミクロ側頂部、最も遠い部分をミクロ側底部とし、前記ミクロ側頂部と前記外周面との間の隙間を最小隙間h3とし、前記ミクロ側底部と前記外周面との間の隙間を最大隙間h4とするとき、
h4/h3=1.5〜5.0、
の範囲に設定されている、ことを特徴とする往復動ピストンエンジン。 The reciprocating piston engine according to claim 1,
A portion of the groove of the microtextured structure portion that is closest to the opposing outer peripheral surface is a micro side top portion, and a farthest portion is a micro side bottom portion, and a gap between the micro side top portion and the outer peripheral surface is a minimum gap h3. When the gap between the micro side bottom and the outer peripheral surface is the maximum gap h4,
h4 / h3 = 1.5-5.0,
A reciprocating piston engine characterized by being set in a range of
前記ミクロテクスチャ構造部の溝は、当該溝の開口縁であって当該溝が形成された前記張出形状部の摺動方向の下流側縁部及び上流側縁部と、これら縁部の間に位置する最深のミクロ側底部と、前記下流側縁部と前記底部との間の第1面と、前記上流側縁部と前記ミクロ側底部との間の第2面と、を含み、
前記ミクロテクスチャ構造部が設けられた前記張出形状部と対峙する外周面は当該張出形状部の摺動方向と平行な面であり、
前記第1面及び前記第2面は、当該第1面および第2面を含む溝が形成された前記張出形状部と対峙する前記外周面に対して傾きを持つ平面であり、
前記第1面の前記傾きは、前記第2面の前記傾きよりも大きく、
前記第2面が前記傾き面である、ことを特徴とする往復動ピストンエンジン。 The reciprocating piston engine according to claim 1 or 2,
The groove of the microtextured structure portion is an opening edge of the groove, and a downstream edge and an upstream edge in the sliding direction of the protruding portion where the groove is formed, and between the edges. A deepest micro-side bottom located; a first surface between the downstream edge and the bottom; and a second surface between the upstream edge and the micro-side bottom;
The outer peripheral surface facing the protruding shape portion provided with the microtextured structure portion is a surface parallel to the sliding direction of the protruding shape portion,
The first surface and the second surface are flat surfaces having an inclination with respect to the outer peripheral surface facing the projecting shape portion in which a groove including the first surface and the second surface is formed,
The inclination of the first surface is greater than the inclination of the second surface;
A reciprocating piston engine, wherein the second surface is the inclined surface.
前記ミクロテクスチャ構造部の前記第1面は、当該ミクロテクスチャ構造部が設けられた前記張出形状部と対峙する前記外周面に対する傾き角が70°〜90°の範囲に設定されている、ことを特徴とする往復動ピストンエンジン。 The reciprocating piston engine according to claim 3,
The first surface of the microtextured structure portion is set to have a tilt angle of 70 ° to 90 ° with respect to the outer peripheral surface facing the protruding shape portion provided with the microtextured structure portion. Reciprocating piston engine characterized by
前記ミクロテクスチャ構造部の複数の溝が、当該ミクロテクスチャ構造部が設けられた前記張出形状部の摺動方向に並ぶピッチは、1μm〜1mmの範囲に設定されている、ことを特徴とする往復動ピストンエンジン。 The reciprocating piston engine according to any one of claims 1 to 4,
The pitch in which the plurality of grooves of the microtexture structure portion are arranged in the sliding direction of the protruding shape portion provided with the microtexture structure portion is set in a range of 1 μm to 1 mm. A reciprocating piston engine.
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