JP6583315B2 - Sliding structure and reciprocating piston engine - Google Patents

Sliding structure and reciprocating piston engine Download PDF

Info

Publication number
JP6583315B2
JP6583315B2 JP2017041870A JP2017041870A JP6583315B2 JP 6583315 B2 JP6583315 B2 JP 6583315B2 JP 2017041870 A JP2017041870 A JP 2017041870A JP 2017041870 A JP2017041870 A JP 2017041870A JP 6583315 B2 JP6583315 B2 JP 6583315B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sliding
skirt
piston
gap
sliding surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017041870A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018145890A (en
Inventor
崇勝 足立
崇勝 足立
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mazda Motor Corp filed Critical Mazda Motor Corp
Priority to JP2017041870A priority Critical patent/JP6583315B2/en
Publication of JP2018145890A publication Critical patent/JP2018145890A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6583315B2 publication Critical patent/JP6583315B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Description

本発明は、一方の部材が他方の部材に対して相対的に摺動移動する摺動構造体、及びこれが適用された往復動ピストンエンジンに関する。   The present invention relates to a sliding structure in which one member slides relative to the other member, and a reciprocating piston engine to which the sliding structure is applied.

一方の部材が他方の部材に対して相対的に摺動移動する摺動構造体の一つとして、往復動ピストンエンジンを例示することができる。ピストンは、エンジンの気筒内を往復動する。ピストンは、燃焼室を区画する冠面を備えたピストン本体と、このピストン本体の下方に配置されたスカート部とを備える。このスカート部は、ピストン本体の往復動作時に気筒に対して相対的に摺動移動し、この際にスカート部の表面（外周壁）と気筒の内壁面とは、互いに対峙する摺動面となる。   A reciprocating piston engine can be exemplified as one of the sliding structures in which one member slides relative to the other member. The piston reciprocates in the cylinder of the engine. The piston includes a piston main body having a crown surface that defines the combustion chamber, and a skirt portion disposed below the piston main body. The skirt portion slides relative to the cylinder during the reciprocating motion of the piston body. At this time, the surface (outer peripheral wall) of the skirt portion and the inner wall surface of the cylinder are sliding surfaces that face each other. .

スカート部は、ピストンの往復動作時における２次運動により生じる当該ピストンの首振りを規制するために設けられている。すなわち、ピストンに傾きが生じた場合に、気筒の内壁面にスカート部の外周壁が摺動接触することにより、ピストンの姿勢が矯正される。このため、スカート部を備えるピストンでは、気筒の内壁面とスカート部の外周壁との間の摺動抵抗を小さくすることが求められる。ピストンの往復動作時の摺動抵抗が大きいと、燃費性能の悪化やスカート部の磨耗の問題が発生する。特許文献１では、スカート部の外周壁の摩擦抵抗を低減するために、スカート部の外周壁に摩擦係数の低い樹脂からなる被膜層を設ける技術が開示されている。   The skirt portion is provided to restrict the swinging of the piston caused by the secondary motion during the reciprocating motion of the piston. That is, when the piston is tilted, the outer peripheral wall of the skirt portion is in sliding contact with the inner wall surface of the cylinder, thereby correcting the posture of the piston. For this reason, in a piston having a skirt portion, it is required to reduce the sliding resistance between the inner wall surface of the cylinder and the outer peripheral wall of the skirt portion. If the sliding resistance during the reciprocating motion of the piston is large, the fuel consumption performance deteriorates and the skirt wears. Patent Document 1 discloses a technique in which a coating layer made of a resin having a low friction coefficient is provided on the outer peripheral wall of the skirt portion in order to reduce the frictional resistance of the outer peripheral wall of the skirt portion.

特開２０１５−１８３５２６号公報JP2015-183526A

しかし、スカート部に樹脂被膜層を具備させることで摩擦抵抗を低減したとしても、ピストンの首振り時には気筒の内壁面とスカート部の外周壁との摺動接触が生じる。そして、摺動接触によって、スカート部の摺動面である外周壁には磨耗が不可避的に発生する。従って、摺動面に磨耗が生じたとしても、低い摺動抵抗を維持することが求められる。   However, even if the frictional resistance is reduced by providing the resin coating layer on the skirt portion, sliding contact between the inner wall surface of the cylinder and the outer peripheral wall of the skirt portion occurs when the piston swings. The sliding contact inevitably causes wear on the outer peripheral wall which is the sliding surface of the skirt portion. Therefore, even if wear occurs on the sliding surface, it is required to maintain a low sliding resistance.

本発明の目的は、摺動面間の摺動抵抗を低減すると共に、低い摺動抵抗を維持することができる摺動構造体、及びこれが適用された往復動ピストンエンジンを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a sliding structure capable of reducing sliding resistance between sliding surfaces and maintaining low sliding resistance, and a reciprocating piston engine to which the sliding structure is applied.

本発明の一局面に係る摺動構造体は、第１摺動面を有する第１部材と、前記第１摺動面と隙間を置いて対峙する第２摺動面を有し、前記第１部材に対して所定の摺動方向に相対移動する第２部材と、と備え、前記第１摺動面及び前記第２摺動面の少なくとも一方は、前記摺動方向に沿った断面において、前記対峙する方向へ張り出す張出形状部を有し、前記張出形状部は、最も張り出した部分となる頂部と、この頂部の少なくとも前記摺動方向の下流側に配置され最も相手方摺動面に対して離間した位置となる裾部とを含み、前記張出形状部において、前記頂部における前記隙間を最小隙間ｈ１とし、前記裾部における前記隙間を最大隙間ｈ２とするとき、
ｈ１＝０．５μｍ〜４０μｍ、
ｈ２／ｈ１＝１．５〜５．０、
の範囲に設定され、前記張出形状部の前記頂部が存在する領域は、前記張出形状部の他の領域に比べて、前記対峙する方向において大きい可撓性を有し、前記張出形状部が、所定の剛性を有する剛性部材にて形成され、前記可撓性の施与のため、所定の弾性を有する弾性部材が、前記頂部が存在する領域において前記剛性部材の内部に埋め込まれており、前記弾性部材の前記隙間側の面が、前記隙間に露出しないように前記剛性部材によって覆われていることを特徴とする。 A sliding structure according to an aspect of the present invention includes a first member having a first sliding surface, a second sliding surface facing the first sliding surface with a gap, and the first sliding surface. A second member that moves relative to the member in a predetermined sliding direction, and at least one of the first sliding surface and the second sliding surface is a cross-section along the sliding direction, It has an overhanging shape portion that protrudes in a facing direction, and the overhanging shape portion is arranged at the most projecting portion and at least the downstream side of the sliding direction of the apex portion and the most opposite sliding surface. Including a skirt that is spaced from the bottom, and in the projecting shape portion, when the gap at the top is the minimum gap h1, and the gap at the skirt is the maximum gap h2,
h1 = 0.5 μm to 40 μm,
h2 / h1 = 1.5-5.0,
The region where the top portion of the projecting shape portion is set has a greater flexibility in the facing direction than the other region of the projecting shape portion, and the projecting shape The portion is formed of a rigid member having a predetermined rigidity, and an elastic member having a predetermined elasticity is embedded in the rigid member in the region where the top portion exists for the application of flexibility. The surface on the gap side of the elastic member is covered with the rigid member so as not to be exposed to the gap .

この摺動構造体によれば、前記張出形状部が備える前記頂部における最小隙間ｈ１が上記の数値範囲に設定されると共に、最小隙間ｈ１と最大隙間ｈ２との隙間比ｈ２／ｈ１が上記の数値範囲に設定される。このため、前記第２部材の相対移動時に、第１摺動面と第２摺動面との間に流入する流体によって、前記第２摺動面を前記第１摺動面から浮揚させることが可能となる。すなわち、摺動浮揚が実現される。従って、前記第１部材と前記第２部材との間の摺動抵抗を格段に低減することができる。   According to this sliding structure, the minimum gap h1 at the top portion of the projecting shape portion is set to the above numerical range, and the gap ratio h2 / h1 between the minimum gap h1 and the maximum gap h2 is as described above. Set to a numeric range. For this reason, the second sliding surface may be levitated from the first sliding surface by the fluid flowing between the first sliding surface and the second sliding surface during the relative movement of the second member. It becomes possible. That is, sliding levitation is realized. Therefore, the sliding resistance between the first member and the second member can be significantly reduced.

さらに、前記頂部が存在する領域において剛性部材の内部に弾性部材を埋め込むことにより、前記張出形状部において、前記頂部が存在する領域が他の領域に比べて大きい可撓性を具備する構造を簡易に形成することができる。つまり、前記頂部が存在する領域は易変形性とされている。このため、第１、第２摺動面が、前記摺動方向と直交する方向に荷重（入力荷重）をもって互いに接触した場合、接触エネルギーが変形エネルギーに変換され、前記頂部が縮む方向に変形することになる。一方、前記張出形状部の他の領域は、前記頂部が存在する領域のような可撓性を具備しないので、容易に変形はせず、相手方の摺動面と接触して接触エネルギーを受けることになる。このため、当該領域は磨耗し得る。しかし、たとえ前記磨耗が生じ得る状況となったとしても、前記最小隙間ｈ１を作る前記頂部は前記変形によって実質的に磨耗しない。従って、前記摺動浮揚を実現するための前記最小隙間ｈ１並びに前記隙間比は保たれ、低い摺動抵抗を維持することができる。 Further, by embedding an elastic member in the rigid member in the region where the top portion exists, the projecting shape portion has a structure in which the region where the top portion exists has greater flexibility than other regions. It can be formed easily. That is, the region where the top is present is easily deformable. Therefore, when the first and second sliding surfaces come into contact with each other with a load (input load) in a direction orthogonal to the sliding direction, the contact energy is converted into deformation energy, and the top portion is deformed in a contracting direction. It will be. On the other hand, the other region of the projecting shape portion does not have flexibility like the region where the top portion is present, so it does not easily deform and contacts the sliding surface of the other party and receives contact energy. It will be. For this reason, the said area | region can be worn out. However, even if the wear may occur, the top portion that forms the minimum gap h1 is not substantially worn by the deformation. Therefore, the minimum gap h1 and the gap ratio for realizing the sliding levitation are maintained, and a low sliding resistance can be maintained.

この場合、前記弾性部材が多孔質体からなることが望ましい。   In this case, it is desirable that the elastic member is made of a porous body.

この摺動構造体によれば、前記弾性部材の制作時に、気孔率を調整することで所望の弾性（可撓性）を得ることができる。従って、第１、第２摺動面に作用する入力荷重に適した弾性部材を容易に制作することができる。   According to this sliding structure, desired elasticity (flexibility) can be obtained by adjusting the porosity during production of the elastic member. Therefore, an elastic member suitable for an input load acting on the first and second sliding surfaces can be easily produced.

上記の摺動構造体において、前記最小隙間ｈ１が、０．５μｍ〜１．５μｍの範囲に設定されていることが望ましい。   In the above sliding structure, it is desirable that the minimum gap h1 is set in a range of 0.5 μm to 1.5 μm.

この摺動構造体によれば、第１摺動面と第２摺動面との間に流入させる流体を、最も前記流入が容易な空気とした上で、大きな浮揚力を発生させることが可能となる。   According to this sliding structure, it is possible to generate a large levitation force with the fluid flowing between the first sliding surface and the second sliding surface being the air that can flow in the most easily. It becomes.

上記の摺動構造体において、前記第１部材が、軸受け部材であり、前記第２部材が、前記軸受け部材で回転自在に軸支される軸部材であって、前記軸受け部材の内周面又は前記軸部材の外周面の少なくとも一方に、前記張出形状部が設けられていることが望ましい。   In the above sliding structure, the first member is a bearing member, and the second member is a shaft member that is rotatably supported by the bearing member, the inner circumferential surface of the bearing member or It is desirable that the protruding portion is provided on at least one of the outer peripheral surfaces of the shaft member.

この摺動構造体によれば、軸受け部分において、前記軸部材の摺動浮揚が実現されると共に、この摺動浮揚を実現するための前記最小隙間ｈ１並びに前記隙間比は保たれ、低い摺動抵抗を維持することができる。   According to this sliding structure, the shaft member is slid and floated at the bearing portion, and the minimum clearance h1 and the clearance ratio for realizing the sliding levitation are maintained, and low sliding is achieved. Resistance can be maintained.

本発明の他の局面に係る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及びクランク機構を備えた往復動ピストンエンジンであって、上記の摺動構造体を備え、前記第１部材が、前記気筒を区画するシリンダであり、前記第２部材が、前記気筒内を往復動するピストンのスカート部であって、前記スカート部の、前記気筒の内周壁と対峙する外周壁に前記張出形状部が設けられていることを特徴とする。   A reciprocating piston engine according to another aspect of the present invention is a reciprocating piston engine including a piston that reciprocates in a cylinder and a crank mechanism, including the above-described sliding structure, and the first member includes: A cylinder that divides the cylinder, wherein the second member is a skirt portion of a piston that reciprocates in the cylinder, and the protruding shape is formed on an outer peripheral wall of the skirt portion that faces the inner peripheral wall of the cylinder A portion is provided.

この往復動ピストンエンジンによれば、ピストンの往復移動時に、スカート部の摺動浮揚が実現される。また、スカート部の外周壁に磨耗が生じる状況となっても、前記張出形状部の頂部は磨耗しない。従って、前記摺動浮揚を実現するための前記最小隙間ｈ１並びに前記隙間比は保たれ、低い摺動抵抗を維持することができる。   According to this reciprocating piston engine, sliding levitation of the skirt portion is realized when the piston reciprocates. Further, even if the outer peripheral wall of the skirt portion is worn, the top portion of the protruding shape portion is not worn. Therefore, the minimum gap h1 and the gap ratio for realizing the sliding levitation are maintained, and a low sliding resistance can be maintained.

本発明によれば、一方の部材が他方の部材に対して相対的に摺動移動する摺動面間の摺動抵抗を低減すると共に、低い摺動抵抗を維持することができる摺動構造体、及びこれが適用された往復動ピストンエンジンを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while reducing the sliding resistance between the sliding surfaces on which one member slides relatively with respect to the other member, the sliding structure which can maintain low sliding resistance And a reciprocating piston engine to which the same is applied.

図１は、本発明に係る摺動構造体及び往復動ピストンエンジンの一例であるエンジン本体を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing an engine body which is an example of a sliding structure and a reciprocating piston engine according to the present invention. 図２は、往復動ピストンエンジンのクランク軸方向の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the reciprocating piston engine in the crankshaft direction. 図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 図４は、図３のピストン部分の拡大図であって、本発明の第１実施形態に係るスカート部を、摺動面の張出形状部を誇張して描いた図である。FIG. 4 is an enlarged view of the piston portion of FIG. 3, in which the skirt portion according to the first embodiment of the present invention is drawn exaggerating the protruding shape portion of the sliding surface. 図５Ａは、スカート部の摺動面のプロファイルを誇張して示す模式的な断面図である。FIG. 5A is a schematic cross-sectional view exaggeratingly showing the profile of the sliding surface of the skirt portion. 図５Ｂは、最適な摺動面のプロファイルを説明するための模式図である。FIG. 5B is a schematic diagram for explaining an optimal sliding surface profile. 図６は、摺動面と気筒内周壁との間の最小隙間と最大隙間との比である隙間比と、負荷容量係数との関係を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the load capacity coefficient and the clearance ratio, which is the ratio between the minimum clearance and the maximum clearance between the sliding surface and the cylinder inner peripheral wall. 図７は、スカート部の摺動面と気筒内周壁との間の最小隙間と、摩擦係数との関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the minimum clearance between the sliding surface of the skirt portion and the cylinder inner peripheral wall and the friction coefficient. 図８（Ａ）は、隙間比が適正である場合のスカート部の浮揚状態を示す図、図８（Ｂ）は、隙間比が不適正である場合のスカート部の浮揚状態を示す図である。FIG. 8A is a diagram illustrating the levitation state of the skirt portion when the gap ratio is appropriate, and FIG. 8B is a diagram illustrating the levitation state of the skirt portion when the gap ratio is inappropriate. . 図９は、弾性部材を含むスカート部の一例を示す模式的な断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an example of a skirt portion including an elastic member. 図１０は、弾性部材を含むスカート部が複数形成される例を示す模式的な断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing an example in which a plurality of skirt portions including an elastic member are formed. 図１１（Ａ）〜（Ｄ）は、弾性部材を含むスカート部の製法例を示す模式図である。FIGS. 11A to 11D are schematic views showing an example of manufacturing a skirt portion including an elastic member. 図１２は、スカート部の摺動面のプロファイルのバリエーションを示す、模式的な断面図である。FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing variations in the profile of the sliding surface of the skirt portion. 図１３（Ａ）〜（Ｃ）は、スカート部の磨耗状況の説明図である。FIGS. 13A to 13C are explanatory diagrams of the wear state of the skirt portion. 図１４（Ａ）は、本発明の張出形状部が適用可能な第２実施形態のピストンの正面図、図１４（Ｂ）は、前記ピストンの側面図である。FIG. 14A is a front view of a piston according to a second embodiment to which the projecting shape portion of the present invention can be applied, and FIG. 14B is a side view of the piston. 図１５は、図１４（Ａ）のＸＶ−ＸＶ線断面図である。15 is a cross-sectional view taken along line XV-XV in FIG. 図１６は、図１４（Ａ）のＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view taken along line XVI-XVI in FIG. 図１７は、本発明の張出形状部が適用可能な第３実施形態のピストンの例を示す正面図である。FIG. 17 is a front view showing an example of a piston according to a third embodiment to which the overhanging portion of the present invention can be applied. 図１８は、図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線断面図である。18 is a cross-sectional view taken along line XVIII-XVIII in FIG. 図１９は、図１８のＩＸＸＡ−ＩＸＸＡ線断面及びＩＸＸＢ−ＩＸＸＢ線断面を複合的に示す断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view showing a composite cross section taken along line IXXA-IXXA and line IXXB-IXXB in FIG. 18. 図２０は、本発明の第４実施形態であって、張出形状部が軸受け部に適用される場合の実施形態を示す断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view illustrating a fourth embodiment of the present invention, in which an overhang shape portion is applied to the bearing portion.

［エンジンの構造］
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。先ずは、本発明に係る摺動構造体が適用される往復動ピストンエンジンのエンジン本体１について、図１に基づいて説明する。ここに示されるエンジン本体１は、自動車等の車両の走行駆動用の動力源として前記車両に搭載されるエンジンであって、気筒内を往復動するピストン及びクランク機構を備えた往復動ピストン型の多気筒エンジンである。エンジン本体１に供給される燃料は、本実施形態では、ガソリンを主成分とするものである。 [Engine structure]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, an engine body 1 of a reciprocating piston engine to which a sliding structure according to the present invention is applied will be described with reference to FIG. The engine body 1 shown here is an engine mounted on the vehicle as a power source for driving the vehicle such as an automobile, and is a reciprocating piston type equipped with a piston that reciprocates in a cylinder and a crank mechanism. It is a multi-cylinder engine. In the present embodiment, the fuel supplied to the engine body 1 is mainly composed of gasoline.

エンジン本体１は、シリンダブロック３、シリンダヘッド４及びピストン５を備える。シリンダブロック３は、図１の紙面に垂直な方向に並ぶ複数の気筒２（後述の図２、図３で４気筒エンジンを示す）を有している。気筒２内では、前記燃料と空気との混合気が燃焼する。シリンダヘッド４は、シリンダブロック３の上面に取り付けられ、気筒２の上部開口を塞いでいる。   The engine body 1 includes a cylinder block 3, a cylinder head 4, and a piston 5. The cylinder block 3 has a plurality of cylinders 2 (a four-cylinder engine is shown in FIGS. 2 and 3 described later) arranged in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. In the cylinder 2, the fuel / air mixture burns. The cylinder head 4 is attached to the upper surface of the cylinder block 3 and closes the upper opening of the cylinder 2.

ピストン５は、各気筒２に往復摺動可能に収容されており、コンロッド８を介してクランク軸７と連結されている。ピストン５の往復運動に応じて、クランク軸７はその中心軸回りに回転する。このピストン５の構造については、後記で詳述する。なお、図１では、クランク軸７が時計方向に回転するものとし、ピストン５が摺動する気筒２の内周壁として、スラスト側内周壁２Ａと反スラスト側内周壁２Ｂとを示している。   The piston 5 is accommodated in each cylinder 2 so as to be slidable back and forth, and is connected to the crankshaft 7 via a connecting rod 8. In response to the reciprocating motion of the piston 5, the crankshaft 7 rotates about its central axis. The structure of the piston 5 will be described in detail later. In FIG. 1, it is assumed that the crankshaft 7 rotates in the clockwise direction, and the thrust side inner peripheral wall 2A and the anti-thrust side inner peripheral wall 2B are shown as inner peripheral walls of the cylinder 2 on which the piston 5 slides.

ピストン５の上方には燃焼室６が形成されている。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。シリンダヘッド４の底面には、吸気ポート９の下流端である吸気側開口部４Ａと、排気ポート１０の上流端である排気側開口部４Ｂとが形成されている。吸気ポート９の上流端は吸気通路９Ａに、排気ポート１０の下流端は排気通路１０Ａに各々接続されている。シリンダヘッド４には、吸気側開口部４Ａを開閉する吸気バルブ１１と、排気側開口部４Ｂを開閉する排気バルブ１２とが組み付けられている。本実施形態のエンジンは、ダブルオーバーヘッドカムシャフト式（ＤＯＨＣ）エンジンである。吸気側開口部４Ａと排気側開口部４Ｂとは、各気筒２につき２つずつ設けられるとともに、吸気バルブ１１および排気バルブ１２も２つずつ設けられている。   A combustion chamber 6 is formed above the piston 5. An intake port 9 and an exhaust port 10 communicating with the combustion chamber 6 are formed in the cylinder head 4. On the bottom surface of the cylinder head 4, an intake side opening 4 </ b> A that is a downstream end of the intake port 9 and an exhaust side opening 4 </ b> B that is an upstream end of the exhaust port 10 are formed. The upstream end of the intake port 9 is connected to the intake passage 9A, and the downstream end of the exhaust port 10 is connected to the exhaust passage 10A. The cylinder head 4 is assembled with an intake valve 11 for opening / closing the intake side opening 4A and an exhaust valve 12 for opening / closing the exhaust side opening 4B. The engine of this embodiment is a double overhead camshaft (DOHC) engine. Two intake side openings 4A and two exhaust side openings 4B are provided for each cylinder 2, and two intake valves 11 and two exhaust valves 12 are also provided.

吸気バルブ１１及び排気バルブ１２は、いわゆるポペットバルブであり、各々開口部４Ａ、４Ｂを開閉する傘状の弁体と、この弁体から垂直に延びるステムとを含む。前記弁体は、燃焼室６に臨むバルブ面を有する。本実施形態において、燃焼室６は、気筒２の内壁面、ピストン５の冠面、シリンダヘッド４の底面、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２の各バルブ面によって区画されている。   The intake valve 11 and the exhaust valve 12 are so-called poppet valves, and each include an umbrella-shaped valve body that opens and closes the openings 4A and 4B, and a stem that extends vertically from the valve body. The valve body has a valve surface facing the combustion chamber 6. In the present embodiment, the combustion chamber 6 is defined by the inner wall surface of the cylinder 2, the crown surface of the piston 5, the bottom surface of the cylinder head 4, and the valve surfaces of the intake valve 11 and the exhaust valve 12.

シリンダヘッド４には、吸気バルブ１１、排気バルブ１２を各々駆動する吸気側動弁機構１３、排気側動弁機構１４が配設されている。これら動弁機構１３、１４によりクランク軸７の回転に連動して、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２の各ステムが駆動される。これらステムの駆動により、吸気バルブ１１の弁体が吸気側開口部４Ａを開閉し、排気バルブ１２の弁体が排気側開口部４Ｂを開閉する。   The cylinder head 4 is provided with an intake side valve mechanism 13 and an exhaust side valve mechanism 14 for driving the intake valve 11 and the exhaust valve 12, respectively. The valve mechanisms 13 and 14 drive the stems of the intake valve 11 and the exhaust valve 12 in conjunction with the rotation of the crankshaft 7. By driving these stems, the valve body of the intake valve 11 opens and closes the intake side opening 4A, and the valve body of the exhaust valve 12 opens and closes the exhaust side opening 4B.

吸気側動弁機構１３には、吸気側可変バルブタイミング機構（吸気側ＶＶＴ）１５が組み込まれている。吸気側ＶＶＴ１５は、吸気カム軸に設けられた電動式のＶＶＴであり、クランク軸７に対する吸気カム軸の回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更することにより、吸気バルブ１１の開閉タイミングを変更する。同様に、排気側動弁機構１４には、排気側可変バルブタイミング機構（排気側ＶＶＴ）１６が組み込まれている。排気側ＶＶＴ１６は、排気カム軸に設けられた電動式のＶＶＴであり、クランク軸７に対する排気カム軸の回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更することにより、排気バルブ１２の開閉タイミングを変更する。   An intake side variable valve timing mechanism (intake side VVT) 15 is incorporated in the intake side valve mechanism 13. The intake side VVT 15 is an electric VVT provided on the intake camshaft, and the intake valve 11 is opened and closed by continuously changing the rotation phase of the intake camshaft with respect to the crankshaft 7 within a predetermined angle range. To change. Similarly, an exhaust side variable valve timing mechanism (exhaust side VVT) 16 is incorporated in the exhaust side valve mechanism 14. The exhaust side VVT 16 is an electric VVT provided on the exhaust camshaft, and the exhaust valve 12 is opened and closed by continuously changing the rotational phase of the exhaust camshaft with respect to the crankshaft 7 within a predetermined angular range. To change.

シリンダヘッド４には、燃焼室６内の混合気に点火エネルギーを供給する点火プラグ１７が各気筒２につき１つずつ取り付けられている。点火プラグ１７は、その点火点が燃焼室６内に臨む姿勢でシリンダヘッド４に取り付けられている。点火プラグ１７は、図外の点火回路からの給電に応じてその先端から火花を放電して、燃焼室６内の混合気に点火する。   One ignition plug 17 for supplying ignition energy to the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is attached to the cylinder head 4, one for each cylinder 2. The spark plug 17 is attached to the cylinder head 4 so that the ignition point faces the combustion chamber 6. The spark plug 17 discharges a spark from its tip in response to power supply from an ignition circuit (not shown), and ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 6.

シリンダヘッド４には、先端部から燃焼室６内にガソリンを主成分とする燃料を噴射するインジェクタ１８が、各気筒２につき１つずつ取り付けられている。インジェクタ１８は、図略の燃料供給管を通じて供給された燃料を噴射する。前記燃料供給管の上流側には、クランク軸７と連動連結されたプランジャー式のポンプ等からなる高圧燃料ポンプ（図示せず）が接続されている。この高圧燃料ポンプと前記燃料供給管との間には、全気筒２に共通の蓄圧用のコモンレール（図示せず）が設けられている。このコモンレール内で蓄圧された燃料が各気筒２のインジェクタ１８に供給されることにより、各インジェクタ１８からは、高い圧力の燃料が燃焼室６内に噴射される。   The cylinder head 4 is provided with one injector 18 for each cylinder 2 for injecting fuel mainly composed of gasoline into the combustion chamber 6 from the tip. The injector 18 injects fuel supplied through a fuel supply pipe (not shown). Connected to the upstream side of the fuel supply pipe is a high-pressure fuel pump (not shown) composed of a plunger-type pump or the like interlocked with the crankshaft 7. A common rail (not shown) for accumulating pressure common to all the cylinders 2 is provided between the high-pressure fuel pump and the fuel supply pipe. The fuel accumulated in the common rail is supplied to the injectors 18 of the respective cylinders 2, whereby high pressure fuel is injected from the injectors 18 into the combustion chamber 6.

上述のピストン５及びクランク軸７について、より具体的な例を示す。図２は、往復動ピストンエンジンのクランク軸方向の断面図、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図２、図３では、シリンダヘッド４に取り付けられる付属品（吸気、排気バルブ１１、１２など）の記載が省かれている。ここでは４気筒エンジンを例示しており、４つの気筒２に、それぞれピストン５が往復動可能に収容されている。各ピストン５はコンロッド８によってクランク軸７と結合されている。すなわち、コンロッド８の上端のスモールエンド８Ａとピストン５とが、ピストンピン４０を介して連結されている。シリンダブロック３の下方には、クランク軸７を支持するロアシリンダブロック３Ａと、オイルパン３Ｂとが配置されている。   More specific examples of the above-described piston 5 and crankshaft 7 will be shown. 2 is a cross-sectional view of the reciprocating piston engine in the crankshaft direction, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. In FIG. 2 and FIG. 3, descriptions of accessories (intake, exhaust valves 11, 12, etc.) attached to the cylinder head 4 are omitted. Here, a four-cylinder engine is illustrated, and pistons 5 are accommodated in four cylinders 2 so as to be able to reciprocate, respectively. Each piston 5 is connected to the crankshaft 7 by a connecting rod 8. That is, the small end 8 </ b> A at the upper end of the connecting rod 8 and the piston 5 are connected via the piston pin 40. Below the cylinder block 3, a lower cylinder block 3A that supports the crankshaft 7 and an oil pan 3B are disposed.

クランク軸７は、クランクジャーナル７１、クランクピン７２及びクランクアーム７３を備える。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り、ロアシリンダブロック３Ａの軸受け部分に嵌め込まれた軸受けメタル７Ａにより軸支されている。クランクピン７２は、コンロッド８の下端のビッグエンド８Ｂと連結される部分である。クランクアーム７３は、クランクジャーナル７１とクランクピン７２とを繋ぐ部分である。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。ピストン５の往復運動はコンロッド８によりクランク軸７に伝達され、クランク軸７をクランクジャーナル７１回りに回転させる。   The crankshaft 7 includes a crank journal 71, a crankpin 72, and a crank arm 73. The crank journal 71 is a portion that serves as a rotating shaft of the crankshaft 7 and is supported by a bearing metal 7A fitted in a bearing portion of the lower cylinder block 3A. The crank pin 72 is a part connected to the big end 8 </ b> B at the lower end of the connecting rod 8. The crank arm 73 is a portion that connects the crank journal 71 and the crank pin 72. A balance weight 74 is provided at the end of the crank arm 73 opposite to the end on the connection side with the crank pin 72. The reciprocating motion of the piston 5 is transmitted to the crankshaft 7 by the connecting rod 8 and rotates the crankshaft 7 around the crank journal 71.

図２、図３に示す往復動ピストンエンジンでは、一方の部材に対して他方の部材が相対的に摺動移動する摺動構造体が存在する。具体的には、気筒２と当該気筒２内において往復動するピストン５とにより構成される摺動構造体、クランクジャーナル７１と軸受けメタル７Ａとにより構成される摺動構造体、コンロッド８のビッグエンド８Ｂと、ビッグエンド８Ｂの孔内で相対回転するクランクピン７２とにより構成される摺動構造体などである。以下に示す第１〜第３実施形態では、気筒２とピストン５（スカート部）との摺動構造体に本発明が適用される例を示す。第４実施形態では、クランクジャーナル７１と軸受けメタル７Ａの摺動構造体のような、軸受け部材と軸部材との摺動構造体に本発明が適用される例を示す。   In the reciprocating piston engine shown in FIGS. 2 and 3, there is a sliding structure in which the other member slides relative to one member. Specifically, a sliding structure composed of a cylinder 2 and a piston 5 reciprocating in the cylinder 2, a sliding structure composed of a crank journal 71 and a bearing metal 7A, and a big end of a connecting rod 8 8B and a sliding structure constituted by a crankpin 72 that relatively rotates within the hole of the big end 8B. In the following first to third embodiments, examples in which the present invention is applied to a sliding structure of a cylinder 2 and a piston 5 (skirt portion) will be shown. The fourth embodiment shows an example in which the present invention is applied to a sliding structure of a bearing member and a shaft member, such as a sliding structure of a crank journal 71 and a bearing metal 7A.

［摺動構造体の第１実施形態］
＜ピストンの構造＞
図４は、第１実施形態に係る摺動構造体を構成する気筒２（第１部材）及びピストン５（第２部材）の断面図であって、図３のピストン５の部分の拡大図である。ピストン５は、例えばアルミニウムの鋳造品からなり、ピストン本体１２０と、ピストン本体１２０の気筒軸方向ＡＸの下方に配置されるスカート部１３０（第２部材）とを含む。ピストン本体１２０とスカート部１３０とは一体成形物である。ピストン本体１２０は、コンロッド８の上端のスモールエンド８Ａと、ピストンピン４０により連結されている。スカート部１３０は、シリンダブロック３（第１部材）により区画される気筒２の、スラスト側内周壁２Ａ（図１：第１摺動面の一例）と対峙するスラスト側スカート部１３０Ａと、反スラスト側内周壁２Ｂ（第１摺動面）と対峙する反スラスト側スカート部１３０Ｂとの一対からなる。 [First embodiment of sliding structure]
<Piston structure>
4 is a cross-sectional view of the cylinder 2 (first member) and the piston 5 (second member) constituting the sliding structure according to the first embodiment, and is an enlarged view of a portion of the piston 5 in FIG. is there. The piston 5 is made of, for example, an aluminum casting, and includes a piston main body 120 and a skirt portion 130 (second member) disposed below the piston main body 120 in the cylinder axial direction AX. The piston main body 120 and the skirt portion 130 are an integrally molded product. The piston main body 120 is connected to the small end 8 </ b> A at the upper end of the connecting rod 8 by the piston pin 40. The skirt portion 130 includes a thrust side skirt portion 130A facing the thrust side inner peripheral wall 2A (an example of the first sliding surface) of the cylinder 2 defined by the cylinder block 3 (first member), and an anti-thrust. It consists of a pair of the side inner peripheral wall 2B (first sliding surface) and the opposite thrust side skirt portion 130B.

ピストン本体１２０は、円柱状のヘッド部１２１と、ヘッド部１２１から下方へ延出した一対のピストンボス１２２とを含む。ヘッド部１２１は、冠面１２３及び周壁１２４を含む。冠面１２３は、ヘッド部１２１の上面であり、燃焼室６の底面を形成する面である。冠面１２３は、インジェクタ１８から燃料の噴射を受けるキャビティを有する。冠面１２３には、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２との干渉を避けるための吸気／排気バルブリセスなどの凹部が備えられていても良い。また、山型の凸部を有する冠面１２３として、ペントルーフ型の燃焼室６に対応するようにしても良い。   The piston main body 120 includes a columnar head portion 121 and a pair of piston bosses 122 extending downward from the head portion 121. The head portion 121 includes a crown surface 123 and a peripheral wall 124. The crown surface 123 is an upper surface of the head portion 121 and is a surface that forms the bottom surface of the combustion chamber 6. The crown surface 123 has a cavity that receives fuel injection from the injector 18. The crown surface 123 may be provided with a recess such as an intake / exhaust valve recess for avoiding interference with the intake valve 11 and the exhaust valve 12. Further, the crown surface 123 having a mountain-shaped convex portion may correspond to the pent roof type combustion chamber 6.

一対のピストンボス１２２は、冠面１２３の反対側の面から鉛直下方に延び出している。周壁１２４は、気筒２の内周壁と対峙するヘッド部１２１の外周面であり、気筒２の内周壁よりも僅かに小さい外径を有する円筒面である。周壁１２４には、気筒軸方向ＡＸに並ぶ複数のリング溝１２５が凹設されている。リング溝１２５には、燃焼室６の気密性を保つためのピストンリング（図示せず）が嵌め込まれる。ピストンボス１２２は、ピストンピン４０が挿通されるピストンピン孔を備えている。   The pair of piston bosses 122 extends vertically downward from the surface opposite to the crown surface 123. The peripheral wall 124 is an outer peripheral surface of the head portion 121 facing the inner peripheral wall of the cylinder 2, and is a cylindrical surface having an outer diameter slightly smaller than the inner peripheral wall of the cylinder 2. A plurality of ring grooves 125 arranged in the cylinder axial direction AX are recessed in the peripheral wall 124. A piston ring (not shown) for keeping the airtightness of the combustion chamber 6 is fitted into the ring groove 125. The piston boss 122 has a piston pin hole through which the piston pin 40 is inserted.

スラスト側、反スラスト側スカート部１３０Ａ、１３０Ｂは各々、スカート本体部１３１と繋ぎ部１３２とを備えている。これらスカート部１３０Ａ、１３０は、同じ形状を備えている。スカート本体部１３１は、気筒２の内周壁２Ａ、２Ｂの形状に沿って、周方向に円弧型、気筒軸方向ＡＸに平板状の部材である。繋ぎ部１３２は、スカート本体部１３１とピストンボス１２２とを一体的に繋ぐ部分である。   Each of the thrust side and anti-thrust skirt portions 130A and 130B includes a skirt body portion 131 and a connecting portion 132. These skirt portions 130A and 130 have the same shape. The skirt body 131 is a circular arc member in the circumferential direction and a flat plate member in the cylinder axial direction AX along the shape of the inner peripheral walls 2A and 2B of the cylinder 2. The connecting portion 132 is a portion that integrally connects the skirt body 131 and the piston boss 122.

各スカート本体部１３１は、スラスト側内周壁２Ａ又は反スラスト側内周壁２Ｂと対峙する面に、摺動面１３１Ｓ（第２摺動面）を備えている。摺動面１３１Ｓは、気筒２の内周壁２Ａ、２Ｂ（第１摺動面）と隙間Ｇを置いて対峙する面である。また、摺動面１３１Ｓは、ピストン５の往復動作時に、内周壁２Ａ、２Ｂに対して気筒軸方向ＡＸ（所定の摺動方向）に相対移動し、内周壁２Ａ、２Ｂと摺接、若しくは内周壁２Ａ、２Ｂとの間に空気等の流体を介して浮揚（対向）する面である。この摺動面１３１Ｓは、気筒軸方向ＡＸの断面において、内周壁２Ａ、２Ｂと対峙する方向へ張り出す張出形状部Ｍを有している。本実施形態では、張出形状部Ｍは弓形形状を有している。なお、図４では理解を容易にするために、摺動面１３１Ｓの弓形形状を大きく誇張して描いており、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弓形形状である。   Each skirt body 131 includes a sliding surface 131S (second sliding surface) on a surface facing the thrust side inner peripheral wall 2A or the anti-thrust side inner peripheral wall 2B. The sliding surface 131 </ b> S is a surface that faces the inner peripheral walls 2 </ b> A and 2 </ b> B (first sliding surface) of the cylinder 2 with a gap G therebetween. Further, the sliding surface 131S moves relative to the inner peripheral walls 2A and 2B in the cylinder axial direction AX (predetermined sliding direction) during the reciprocating motion of the piston 5, and is in sliding contact with the inner peripheral walls 2A and 2B. It is a surface that floats (opposes) between the peripheral walls 2A and 2B via a fluid such as air. The sliding surface 131S has a protruding shape portion M that protrudes in a direction facing the inner peripheral walls 2A and 2B in the cross section in the cylinder axial direction AX. In the present embodiment, the projecting shape portion M has an arcuate shape. In FIG. 4, for easy understanding, the arcuate shape of the sliding surface 131S is greatly exaggerated and is actually an arcuate shape having a micron-order overhang that is difficult to visually distinguish.

＜摺動面のプロファイル＞
続いて、スカート本体部１３１の摺動面１３１Ｓ（張出形状部Ｍ）のプロファイルについて詳細に説明する。図５Ａは、摺動面１３１Ｓのプロファイルを誇張して示す、スカート本体部１３１の気筒軸方向ＡＸ（説明の便宜上、「上」、「下」の方向表示を付している）の模式的な断面図である。図５Ａでは、一対のスカート部のうち、スラスト側スカート部１３０Ａを示している。 <Sliding surface profile>
Next, the profile of the sliding surface 131S (projected shape portion M) of the skirt body 131 will be described in detail. FIG. 5A is a schematic view of the cylinder axis direction AX of the skirt body 131 (with “up” and “down” direction indications shown for convenience of explanation), exaggeratingly showing the profile of the sliding surface 131S. It is sectional drawing. FIG. 5A shows the thrust side skirt portion 130A of the pair of skirt portions.

弓形形状を有する摺動面１３１Ｓは、気筒軸方向ＡＸの中央部に、最も内周壁２Ａ側に張り出した頂部Ｐを有し、気筒軸方向ＡＸの両端部（上下端部）に最も内周壁２Ａ側への張り出しが小さい裾部Ｑ（Ｑ１、Ｑ２）を有している。つまり裾部Ｑは、摺動面１３１Ｓのうち、ピストン５に首振りが生じていない状態において、相手方摺動面である内周壁２Ａに対して最も離間した位置となる。裾部Ｑは、少なくとも頂部Ｐの摺動方向の下流側に配置されるが、本実施形態ではピストン５が往復動するため、頂部Ｐの両側に裾部Ｑ１、Ｑ２が配置されている。上側の裾部Ｑ１は、ピストン５が上方に移動して摺動面３１Ｓが上方に摺動する際にこの摺動方向の下流端となる部分であり、下側の裾部Ｑ２は、ピストン５が下方に移動して摺動面３１Ｓが下方に摺動する際にこの摺動方向の下流端となる部分である。なお、スカート本体部１３１の頂部Ｐが存在する領域の内部には、可撓性を具備させるために弾性部材１４０（図９参照）が埋め込まれている。この点については後述する。   The sliding surface 131S having an arcuate shape has a top portion P that protrudes most toward the inner peripheral wall 2A at the center in the cylinder axial direction AX, and is the innermost peripheral wall 2A at both ends (upper and lower ends) in the cylinder axial direction AX. The skirt Q (Q1, Q2) has a small overhang to the side. That is, the skirt portion Q is the farthest position from the inner peripheral wall 2A, which is the counterpart sliding surface, in the sliding surface 131S in a state where the piston 5 is not swung. The skirt portion Q is disposed at least on the downstream side in the sliding direction of the top portion P. In the present embodiment, the piston 5 reciprocates, so that the skirt portions Q1 and Q2 are disposed on both sides of the top portion P. The upper skirt Q1 is a portion that becomes the downstream end in the sliding direction when the piston 5 moves upward and the sliding surface 31S slides upward, and the lower skirt Q2 is the piston 5 Is a portion which becomes the downstream end in the sliding direction when the sliding surface 31S slides downward by moving downward. An elastic member 140 (see FIG. 9) is embedded in the region where the top portion P of the skirt main body 131 is present in order to provide flexibility. This point will be described later.

スカート部１３０は、本来的には、ピストン５の往復動作時における２次運動によってピストン本体１２０の首振りが発生しないよう、気筒２の内周壁２Ａと摺動することが予定されている。しかし、本実施形態では、ピストン５の往復動作時に、摺動面１３１Ｓと内周壁２Ａとの間に隙間Ｇが形成されることが予定されている。つまり、摺動面１３１Ｓは、流体Ｆを介して内周壁２Ａから浮揚する。これにより、スカート部１３０の摺動抵抗を極小化することを可能とする。なお、流体Ｆは、例えば空気、水、或いは０Ｗ−２０クラスの低粘度オイルであり、特に好ましくは空気である。   The skirt portion 130 is originally scheduled to slide with the inner peripheral wall 2A of the cylinder 2 so that the piston body 120 does not swing due to the secondary motion during the reciprocating motion of the piston 5. However, in the present embodiment, it is planned that a gap G is formed between the sliding surface 131S and the inner peripheral wall 2A when the piston 5 reciprocates. That is, the sliding surface 131S floats from the inner peripheral wall 2A via the fluid F. Thereby, the sliding resistance of the skirt part 130 can be minimized. The fluid F is, for example, air, water, or low viscosity oil of 0W-20 class, and particularly preferably air.

隙間Ｇが存在している場合、ピストン５の往復動に伴いスカート部１３０Ａに速度ｕが与えられると、周辺に存在する流体Ｆが摺動面間（摺動面１３１Ｓと内周壁２Ａとの間）に引き込まれる。行き場を失った流体Ｆは、前記摺動面間を拡大させる方向に抗力を生じさせる。この抗力が、摺動面１３１Ｓを内周壁２Ａから浮揚させるように作用する。より具体的には、ピストン５の上昇中であって、スカート部３０に上向きに速度ｕ１が与えられたときには、上側の裾部Ｑ１の上方から頂部Ｐに向かって流体Ｆが隙間Ｇに入り込む。これにより、摺動面１３１Ｓと内周壁２Ａとの間に摺動浮揚力が生じる。一方、ピストン５の下降中であって、スカート部３０に下向きに速度ｕ２が与えられたときには、下側の裾部Ｑ２の下方から頂部Ｐに向かって流体Ｆが隙間Ｇに入り込む。これにより、摺動面１３１Ｓと内周壁２Ａとの間に摺動浮揚力が生じる（以下、摺動浮揚という）。摺動面１３１Ｓは、このような摺動浮揚が良好に発現するプロファイルに設定される。   In the case where the gap G exists, when the speed u is given to the skirt portion 130A along with the reciprocating motion of the piston 5, the fluid F existing in the periphery is moved between the sliding surfaces (between the sliding surface 131S and the inner peripheral wall 2A). ). The fluid F that has lost its destination generates a drag in a direction in which the space between the sliding surfaces is enlarged. This drag acts to lift the sliding surface 131S from the inner peripheral wall 2A. More specifically, when the piston 5 is moving upward and a speed u1 is given to the skirt portion 30 upward, the fluid F enters the gap G from the upper side of the upper skirt portion Q1 toward the top portion P. As a result, a sliding levitation force is generated between the sliding surface 131S and the inner peripheral wall 2A. On the other hand, when the piston 5 is descending and the speed u2 is given to the skirt portion 30 downward, the fluid F enters the gap G from the lower side of the lower skirt portion Q2 toward the top portion P. As a result, a sliding levitation force is generated between the sliding surface 131S and the inner peripheral wall 2A (hereinafter referred to as sliding levitation). The sliding surface 131S is set to a profile in which such sliding levitation is satisfactorily exhibited.

図５Ａに示すように、摺動面１３１Ｓの頂部Ｐと内周壁２Ａとの間の隙間を最小隙間ｈ１、裾部Ｑと内周壁２Ａとの間の隙間を最大隙間ｈ２とし、さらに両者の差分ｈ２−ｈ１を山高さＤ、両者の比率ｈ２／ｈ１を隙間比ｍとする。良好な摺動浮揚を達成するには、流体Ｆの性質に応じて最小隙間ｈ１を設定すると共に、その最小隙間ｈ１に応じた山高さＤ（隙間比ｍ）を設定することが肝要となる。最大隙間ｈ２及び山高さＤは、ｈ１及びｍが設定されることにより、自ずと決定される。   As shown in FIG. 5A, the gap between the top P of the sliding surface 131S and the inner peripheral wall 2A is the minimum gap h1, the gap between the skirt Q and the inner peripheral wall 2A is the maximum gap h2, and the difference between the two Let h2-h1 be the mountain height D, and the ratio h2 / h1 be the gap ratio m. In order to achieve good sliding levitation, it is important to set the minimum gap h1 according to the nature of the fluid F and to set the peak height D (gap ratio m) according to the minimum gap h1. The maximum gap h2 and the mountain height D are naturally determined by setting h1 and m.

＜摺動面のプロファイル＞
摺動面１３１Ｓを上記の弓形形状とすれば、ピストン５の往復動時に摺動面１３１Ｓと気筒２の内周壁２Ａとが接触するのを抑制して、これらの摺動抵抗を小さくし機械損失を低減することができる。例えば、ピストン５が、その往復動時にいわゆる首振り運動を行って気筒２の中心軸に対して傾いた場合でも、ピストン５の摺動面１３１Ｓと気筒２の内周壁２Ａとが接触することを抑制できる。ただし、本発明者らは、摺動面１３１Ｓを単純に弓形形状にしただけでは十分な摺動浮揚の作用を得ることができず、この作用を効果的に得ることのできる摺動面１３１Ｓのプロファイルがあることを突き止めた。 <Sliding surface profile>
If the sliding surface 131S has the above-mentioned arcuate shape, contact between the sliding surface 131S and the inner peripheral wall 2A of the cylinder 2 during reciprocation of the piston 5 is suppressed, and these sliding resistances are reduced to reduce mechanical loss. Can be reduced. For example, even when the piston 5 performs a so-called swing motion during its reciprocating motion and tilts with respect to the central axis of the cylinder 2, the sliding surface 131S of the piston 5 and the inner peripheral wall 2A of the cylinder 2 are in contact with each other. Can be suppressed. However, the present inventors cannot obtain a sufficient sliding levitation action simply by making the sliding surface 131S into an arcuate shape, and the sliding surface 131S capable of effectively obtaining this action. I found out that there was a profile.

図５Ｂは、摺動面Ｓａを有する摺動部材Ｃ１が、被摺動面Ｓｂに沿って矢印Ｙ１０で示す方向に摺動することを示した模式図である。摺動面Ｓａは、被摺動面Ｓｂ側に張り出す張出形状を有しており、最も張り出した部分となる頂部Ｐａと、頂部Ｐａの摺動方向（矢印Ｙ１０で示す方向）の下流側に配置されて被摺動面Ｓｂに対して最も離間する裾部Ｑａとを有し、摺動方向の下流側に向かって被摺動面Ｓｂから徐々に離間する形状を有している。   FIG. 5B is a schematic diagram showing that the sliding member C1 having the sliding surface Sa slides in the direction indicated by the arrow Y10 along the sliding surface Sb. The sliding surface Sa has a protruding shape that protrudes toward the sliding surface Sb, and is the top portion Pa that is the most protruding portion and the downstream side of the sliding direction of the top portion Pa (the direction indicated by the arrow Y10). And a skirt portion Qa that is most separated from the sliding surface Sb, and has a shape that gradually separates from the sliding surface Sb toward the downstream side in the sliding direction.

摺動部材Ｃ１が速度Ｕで摺動しているとき、摺動面Ｓａと被摺動面Ｓｂ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。

Figure 0006583315
When the sliding member C1 slides at the speed U, the sliding levitation force W generated between the sliding surface Sa and the sliding surface Sb can be obtained by the following equation (1).
Figure 0006583315

式（１）において、ηは摺動面Ｓａと被摺動面Ｓｂとの間に介在する流体Ｆの粘度であり、Ｂは摺動面の摺動方向の長さ（図５Ｂにおける頂部Ｐａから裾部Ｑａまでの長さ）であり、Ｃは摺動面の摺動方向と直交する方向の長さ（図５Ｂの紙面と直交する方向の長さ）であり、Ｕは摺動面Ｓａの摺動速度である。ｈ１は、最小隙間であって、頂部Ｐａと被摺動面Ｓｂとの間の離間距離、つまり、摺動面Ｓａと被摺動面Ｓｂとの間の隙間寸法の最小値である。ｍは、上述の隙間比であって、裾部Ｑａと被摺動面Ｓｂとの離間距離、つまり、摺動面Ｓａと被摺動面Ｓｂとの間の隙間寸法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 Equation (1), η is the viscosity of the fluid F interposed between the sliding surface Sa and the sliding surface Sb, and B is the length of the sliding surface in the sliding direction (from the top Pa in FIG. 5B). C is the length in the direction perpendicular to the sliding direction of the sliding surface (the length in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 5B), and U is the length of the sliding surface Sa. The sliding speed. h1 is the minimum gap, which is the separation distance between the top portion Pa and the sliding surface Sb, that is, the minimum value of the gap dimension between the sliding surface Sa and the sliding surface Sb. m is the above-mentioned gap ratio, and the separation distance between the skirt Qa and the sliding surface Sb, that is, the maximum value of the gap dimension between the sliding surface Sa and the sliding surface Sb is the maximum gap h2. The ratio between the minimum gap h1 and the maximum gap h2 is expressed as 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）｝）、浮揚力Ｗはこの負荷容量係数Ｋｗに比例する。 In the formula (1), when the second item is the load capacity coefficient Kw (Kw = 6 / (m−1) 2 {lnm−2 (m−1) / (m + 1)}), the buoyancy W is the load capacity It is proportional to the coefficient Kw.

図６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以上５．０以下とすることで、摺動浮揚力Ｗを、図６のラインＬ１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. 6 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 to 1.5 or more and 5.0 or less, the sliding levitation force W can be set to the line L1 or more 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.

ここで、式（１）に基づくと、最小隙間ｈ１が小さいほど摺動浮揚力は大きくなる。従って、最小隙間ｈ１は小さい方が好ましいように思われる。これに対して、本発明者らは、最小隙間ｈ１について、摺動面Ｓａと被摺動面Ｓｂとの間に生じる摩擦係数μを小さく抑えることのできる最適な範囲が存在することを突き止めた。摩擦係数μの大小は、摺動面Ｓａの摺動浮揚時における摩擦の大小に相当し、摩擦係数μが小さいほど良好な摺動浮揚が実現できることを示す。   Here, based on Formula (1), sliding levitation force becomes large, so that the minimum clearance h1 is small. Therefore, it seems that a smaller minimum gap h1 is preferable. On the other hand, the present inventors have found that there exists an optimum range in which the friction coefficient μ generated between the sliding surface Sa and the sliding surface Sb can be kept small for the minimum gap h1. . The magnitude of the friction coefficient μ corresponds to the magnitude of friction when the sliding surface Sa slides and floats, and the smaller the friction coefficient μ, the better the sliding lift can be realized.

図７は、流体Ｆを空気、水、オイルとしたときの、摩擦係数μと最小隙間ｈ１との関係を示したグラフである。流体Ｆとして例示した空気の粘度は１．８×１０−５［Ｐａ・ｓ］、水の粘度は８．９×１０−４［Ｐａ・ｓ］、低粘度オイル０Ｗ−２０の粘度は６．８×１０−３［Ｐａ・ｓ］である。図７のグラフは、エンジン稼働時にピストン５の往復動に伴って所定の被摺動面に沿って摺動する摺動面Ｓａに加えられる荷重の最大値と、式（１）で求められる摺動浮揚力Ｗとが釣り合い、摺動面Ｓａが浮揚するときの最小隙間ｈ１と摩擦係数μとの関係を示している。なお、図７のグラフは、最小隙間ｈ１の変化に伴って隙間比ｍも変化することを示している。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the friction coefficient μ and the minimum gap h1 when the fluid F is air, water, or oil. The viscosity of air exemplified as the fluid F is 1.8 × 10 −5 [Pa · s], the viscosity of water is 8.9 × 10 −4 [Pa · s], and the viscosity of the low-viscosity oil 0W-20 is 6. It is 8 × 10 −3 [Pa · s]. The graph of FIG. 7 shows the maximum value of the load applied to the sliding surface Sa sliding along the predetermined sliding surface with the reciprocating motion of the piston 5 when the engine is operating, and the sliding calculated by the equation (1). The relationship between the minimum clearance h1 and the friction coefficient μ when the dynamic levitation force W is balanced and the sliding surface Sa floats is shown. Note that the graph of FIG. 7 shows that the gap ratio m also changes as the minimum gap h1 changes.

より詳細には、式（１）において、Ｕに、エンジン回転数が代表的な所定の回転数のときの対象となる摺動面Ｓａの平均移動速度を代入し、ηに、流体Ｆの粘度を代入し、摺動浮揚力Ｗに、前記荷重の最大値を代入する。そして、これら値を代入した式（１）から、最大隙間ｈ２と最小隙間ｈ１との差（ｈ２−ｈ１）を所定値としたときの、最小隙間ｈ１の値を算出するとともに、この最小隙間ｈ１等を用いて摩擦係数μを算出する。また、前記所定値の値を振って、最小隙間ｈ１の値を変化させて、各値に対応する摩擦係数μを求めている。例えば、市街地走行を行うときを対象とすると、前記Ｕに対応するエンジン回転数として１３５０ｒｐｍを用い、摺動面Ｓａに加えられる入力荷重を１１７５Ｎとすることができる。   More specifically, in Equation (1), the average moving speed of the sliding surface Sa to be used when the engine speed is a typical predetermined speed is substituted for U, and the viscosity of the fluid F is substituted for η. And the maximum value of the load is substituted for the sliding levitation force W. The value of the minimum gap h1 when the difference (h2−h1) between the maximum gap h2 and the minimum gap h1 is set to a predetermined value is calculated from the formula (1) substituted with these values, and the minimum gap h1 is calculated. Is used to calculate the friction coefficient μ. Further, the value of the predetermined value is changed to change the value of the minimum gap h1, and the friction coefficient μ corresponding to each value is obtained. For example, when driving in an urban area, 1350 rpm can be used as the engine speed corresponding to the U, and the input load applied to the sliding surface Sa can be 1175N.

図７には、流体Ｆの各々について、最適な最小隙間ｈ１における摩擦係数μ、つまり最も低い摩擦係数μに比較して、＋２０％だけ摩擦係数μが増加するラインＬ２、Ｌ３、Ｌ４をそれぞれ付記している。この＋２０％のまでの範囲が、極めて良好な摺動浮揚が実現できる範囲である。具体的には、流体Ｆが空気の場合、最小隙間ｈ１は０．７μｍ〜１．３μｍ、水の場合は４．９μｍ〜８．９μｍ、０Ｗ−２０の場合は１８μｍ〜２６μｍとなる。これらが理想的な範囲であるが、当該範囲から若干外れても良好な摺動浮揚を得ることができるので、好ましい最小隙間ｈ１の範囲は、それぞれ、
空気の場合： ０．５μｍ〜１．５μｍ
水の場合 ： ３μｍ〜１１μｍ
０Ｗ−２０の場合： １５μｍ〜３０μｍ
と設定することができる。 In FIG. 7, lines L2, L3, and L4 in which the friction coefficient μ is increased by + 20% compared to the friction coefficient μ in the optimum minimum gap h1, that is, the lowest friction coefficient μ, are added to each of the fluids F. is doing. The range up to + 20% is a range in which extremely good sliding levitation can be realized. Specifically, when the fluid F is air, the minimum gap h1 is 0.7 μm to 1.3 μm, when water is 4.9 μm to 8.9 μm, and when 0 W-20, 18 μm to 26 μm. Although these are ideal ranges, good sliding levitation can be obtained even if slightly deviated from the range, so the preferable range of the minimum gap h1 is respectively
In the case of air: 0.5 μm to 1.5 μm
In the case of water: 3 μm to 11 μm
In the case of 0W-20: 15 μm to 30 μm
Can be set.

上記の結果より、摺動浮揚を達成するために現状で利用可能な流体Ｆの範疇（空気、水、低粘度オイル）において、良好な摺動浮揚が実現できる最小隙間ｈ１の範囲は、０．５μｍ〜３０μｍと設定することができる。この範囲は、エンジン本体１の運転時において確保されるべき最小隙間ｈ１の範囲である。エンジン本体１が運転されると、ピストン５は高熱を帯びて熱膨張する。シリンダブロック３とピストン５とが同じ材質である場合でも、両者は熱分布が異なるのでピストン５の方が大きく熱膨張する。従って、運転時において最小隙間ｈ１の上限値＝３０μｍを確保できるよう、常温を基準とする設計値としては、前記上限値をより大きく設定することが妥当である。この点に鑑み、本実施形態では、常温での最小隙間ｈ１の範囲を０．５μｍ〜４０μｍと設定する。   From the above results, the range of the minimum gap h1 in which good sliding levitation can be realized in the category of the fluid F currently available for achieving sliding levitation (air, water, low viscosity oil) is 0. It can be set to 5 μm to 30 μm. This range is the range of the minimum gap h1 that should be ensured when the engine body 1 is in operation. When the engine body 1 is operated, the piston 5 is heated and expands. Even when the cylinder block 3 and the piston 5 are made of the same material, the piston 5 is more thermally expanded because the heat distribution is different between them. Accordingly, it is appropriate to set the upper limit value larger as a design value based on the normal temperature so that the upper limit value of the minimum gap h1 = 30 μm can be secured during operation. In view of this point, in this embodiment, the range of the minimum gap h1 at room temperature is set to 0.5 μm to 40 μm.

摺動浮揚において、摺動抵抗の低減の観点から最も望ましい流体Ｆは空気である。空気を隙間Ｇに流入させれば（空気浮揚）、ピストン５の往復動作時における摩擦を小さくすることができるからである。空気浮揚を採用する場合は、エンジン本体１の運転時に最小隙間ｈ１＝０．５μｍ〜１．５μｍが確保されるよう、ピストン５の熱膨張を考慮して、常温における最小隙間ｈ１の設計値を定めることが望ましい。   In sliding levitation, the most desirable fluid F from the viewpoint of reducing sliding resistance is air. This is because if air is allowed to flow into the gap G (air levitation), friction during the reciprocating operation of the piston 5 can be reduced. When air levitation is employed, the design value of the minimum clearance h1 at room temperature is set in consideration of the thermal expansion of the piston 5 so that the minimum clearance h1 = 0.5 μm to 1.5 μm is secured during operation of the engine body 1. It is desirable to define.

ここで、摺動面１３１Ｓは、平滑度が高い面であることが望ましい。最小隙間ｈ１は、０．５μｍ〜４０μｍという微小な長さの範囲で選ばれることから、摺動面１３１Ｓが粗い面であると、最小隙間ｈ１の精度が低下する。従って、摺動面１３１Ｓは、その表面粗さ（算術平均粗さＲａ）が０．４μｍ以下となるような平滑面であることが望ましい。   Here, the sliding surface 131S is desirably a surface having high smoothness. Since the minimum gap h1 is selected in a minute length range of 0.5 μm to 40 μm, if the sliding surface 131S is a rough surface, the accuracy of the minimum gap h1 decreases. Therefore, the sliding surface 131S is desirably a smooth surface having a surface roughness (arithmetic average roughness Ra) of 0.4 μm or less.

また、摺動面１３１Ｓを有するスカート本体部１３１と内周壁２Ａの構成部材（シリンダブロック３又はライナー）とは、同一材質とすることが望ましい。これにより、熱膨張差に起因する隙間Ｇの長さ変動、つまり最小隙間ｈ１及び最大隙間ｈ２の変動を抑止することができる。例えば、両者を、鋳型に鋼湯を注型して形成される鋳鋼にて形成することが望ましい。或いは、少なくとも往復動するスカート部１３０（ピストン５）を、線膨張係数の小さい金属、例えばステンレス鋼（鍛造品）にて形成すれば、隙間Ｇの長さ変動を抑制できるので好ましい。   The skirt body 131 having the sliding surface 131S and the constituent member (the cylinder block 3 or the liner) of the inner peripheral wall 2A are preferably made of the same material. Thereby, the fluctuation | variation of the length of the clearance gap G resulting from a thermal expansion difference, ie, the fluctuation | variation of the minimum clearance gap h1, and the maximum clearance gap h2, can be suppressed. For example, it is desirable to form both with cast steel formed by casting steel hot water into a mold. Alternatively, it is preferable to form at least the reciprocating skirt portion 130 (piston 5) with a metal having a small linear expansion coefficient, such as stainless steel (forged product), because the length variation of the gap G can be suppressed.

図５Ａでは、摺動面１３１Ｓが弓形形状からなる張出形状部Ｍを備える例を示している。しかし、摺動面１３１Ｓは、気筒軸方向ＡＸの断面において、内周壁２Ａに向けて張り出す張出形状を備える限りにおいて、その態様を問わない。すなわち、最小隙間ｈ１を形成する部分（頂部Ｐ）と、最大隙間ｈ２を形成する部分（裾部Ｑ）とを有していれば、それら両部分の間の形状は必ずしも弓形の曲面形状でなくとも良く、種々の形状を備えていても良い。例えば、頂部Ｐと裾部Ｑとの間の一部又は全部が、気筒軸方向ＡＸの断面において直線的に傾斜した面、階段状に傾斜した面であっても良い。   FIG. 5A shows an example in which the sliding surface 131S includes an overhanging shape portion M having an arcuate shape. However, as long as the sliding surface 131S has a projecting shape that projects toward the inner peripheral wall 2A in the cross section in the cylinder axial direction AX, the mode is not limited. That is, as long as it has a portion (top P) that forms the minimum gap h1 and a portion (hem portion Q) that forms the maximum gap h2, the shape between these two portions is not necessarily an arcuate curved shape. In addition, various shapes may be provided. For example, a part or the whole between the top portion P and the skirt portion Q may be a surface that is linearly inclined in a cross section in the cylinder axial direction AX or a surface that is inclined stepwise.

図８（Ａ）は、隙間比ｍが適正値（ｍ＝２．２）である場合のスカート部１３０Ａの浮揚状態を示す図、図８（Ｂ）は、隙間比ｍが適正値よりも大きい場合のスカート部１３０Ａの浮揚状態を示す図である。最小隙間ｈ１が流体Ｆの種別に応じて上記の範囲内に設定され、且つ、隙間比ｍが適正値に設定され、ピストン５の往復動に伴いスカート部１３０Ａに速度ｕが与えられると、図８（Ａ）に示す通り、周辺の流体Ｆが摺動面１３１Ｓと内周壁２Ａとの間の隙間Ｇに流入する。流入した流体Ｆは、行き場を失うことになる（堰き止め効果）。この流体Ｆの堰き止め効果により、摺動面１３１Ｓを内周壁２Ａから離間させる抗力（浮揚力）が発生し、摺動面１３１Ｓが内周壁２Ａから浮揚する。   FIG. 8A is a diagram illustrating a floating state of the skirt portion 130A when the gap ratio m is an appropriate value (m = 2.2), and FIG. 8B is a diagram in which the gap ratio m is larger than the appropriate value. It is a figure which shows the floating state of the skirt part 130A in the case. When the minimum gap h1 is set within the above range according to the type of the fluid F, the gap ratio m is set to an appropriate value, and the speed u is given to the skirt portion 130A as the piston 5 reciprocates, FIG. As shown in FIG. 8A, the surrounding fluid F flows into the gap G between the sliding surface 131S and the inner peripheral wall 2A. The inflowing fluid F loses its destination (damming effect). Due to the blocking effect of the fluid F, a drag force (levitation force) that separates the sliding surface 131S from the inner peripheral wall 2A is generated, and the sliding surface 131S floats from the inner peripheral wall 2A.

これに対し、隙間比ｍが適正値よりも大きい場合、すなわち、最大隙間ｈ２が過度に大きい場合、図８（Ｂ）に示すように、周辺の流体Ｆは隙間Ｇに流入するものの、上記の堰き止め効果が過剰となって隙間Ｇに流入できない流体ＦＡの割合が多くなる。このため、隙間Ｇへの流体Ｆの流入量が小さくなり、これに伴い浮揚力も小さくなる。従って、良好な摺動浮揚を実現できない。一方、隙間比ｍが適正値よりも大きい場合、摺動面１３１Ｓが平板に近づくこととなる。このため、同様に隙間Ｇへの流体Ｆの流入量が小さくなり、浮揚力も小さくなる。   On the other hand, when the gap ratio m is larger than an appropriate value, that is, when the maximum gap h2 is excessively large, the surrounding fluid F flows into the gap G as shown in FIG. The ratio of the fluid FA that cannot flow into the gap G due to excessive damming effect increases. For this reason, the inflow amount of the fluid F into the gap G is reduced, and the levitation force is also reduced accordingly. Therefore, good sliding levitation cannot be realized. On the other hand, when the clearance ratio m is larger than the appropriate value, the sliding surface 131S approaches the flat plate. For this reason, the inflow amount of the fluid F into the gap G is similarly reduced, and the levitation force is also reduced.

＜張出形状部への可撓性付与構造＞
本実施形態では、スカート本体部１３１の張出形状部Ｍが部分的に可撓性を有する。図９は、部分的に可撓性が付与された張出形状部Ｍの一例を示す模式的な断面図である。張出形状部Ｍの頂部Ｐが存在する領域は、張出形状部Ｍの他の領域に比べて、径方向Ｒ（対峙する方向）において大きい可撓性を有している。この可撓性の施与のため、所定の弾性を有する弾性部材１４０が、頂部Ｔが存在する領域において張出形状部Ｍ（スカート本体部１３１）の内部に埋め込まれている。張出形状部Ｍの、弾性部材１４０を覆う他の部分は、所定の剛性を有する剛性部材にて形成されている。 <Flexibility imparting structure to the overhanging portion>
In the present embodiment, the protruding shape portion M of the skirt main body 131 is partially flexible. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an example of the protruding shape portion M to which flexibility is partially provided. The region where the apex portion P of the projecting shape portion M is present has greater flexibility in the radial direction R (the facing direction) than the other regions of the projecting shape portion M. Due to this flexibility, an elastic member 140 having a predetermined elasticity is embedded in the protruding shape portion M (skirt body portion 131) in the region where the top portion T is present. The other part of the protruding shape portion M that covers the elastic member 140 is formed of a rigid member having a predetermined rigidity.

摺動面１３１Ｓが、気筒軸方向ＡＸに幅ｃ１（一対の裾部Ｑ間の距離）を有するとすると、その幅ｃ１の気筒軸方向ＡＸの中心に頂部Ｐが存在する。弾性部材１４０は、摺動面１３１Ｓのうち、頂部Ｐおよびその周辺を含む幅ｃ２の領域の背面に埋め込まれている。頂部Ｐの形態にも依るが、好ましい幅ｃ１と幅ｃ２との比は、ｃ１：ｃ２＝１：０．１〜０．４程度、特にｃ１：ｃ２＝１：０．２５程度である。これにより、摺動面１３１Ｓのうち幅ｃ２の領域は、他の領域に比べて易変形性となり、径方向Ｒに可撓性を具備することになる。このような工夫を施すのは、頂部Ｐ及びその周辺領域が内周壁２Ａに圧接された場合に、頂部Ｐ付近をスカート本体部１３１内に没入させ、その磨耗を抑止するためである。   Assuming that the sliding surface 131S has a width c1 (distance between the pair of skirts Q) in the cylinder axial direction AX, the apex P exists at the center of the width c1 in the cylinder axial direction AX. The elastic member 140 is embedded in the back surface of the region of the width c2 including the top portion P and its periphery on the sliding surface 131S. Although it depends on the form of the apex P, the preferred ratio of the width c1 to the width c2 is c1: c2 = 1: 0.1 to 0.4, particularly c1: c2 = 1: 0.25. Thereby, the area | region of the width | variety c2 among the sliding surfaces 131S becomes easily deformable compared with another area | region, and comprises the flexibility in the radial direction R. The reason for this is to immerse the vicinity of the top portion P into the skirt body 131 when the top portion P and its peripheral region are pressed against the inner peripheral wall 2 </ b> A to suppress the wear.

弾性部材１４０としては、少なくとも径方向Ｒに弾性を有する部材であって、気筒２内の温度への耐熱性を有する部材であれば、種々の材質のものを採用することができる。例えば、スカート本体部１３１の素材（例えば鋳鋼）よりも大きい弾性を有するように調製された金属やセラミックスを、弾性部材１４０として用いることができる。好ましい弾性部材１４０は、金属やセラミックスの多孔質体である。   As the elastic member 140, various materials can be adopted as long as they are members having elasticity at least in the radial direction R and having heat resistance to the temperature in the cylinder 2. For example, a metal or ceramic prepared so as to have greater elasticity than the material (for example, cast steel) of the skirt main body 131 can be used as the elastic member 140. A preferable elastic member 140 is a porous body of metal or ceramics.

金属の多孔質体は、例えば発泡剤を混練した金属材料を発泡成形してなる発泡金属である。前記金属材料としては、例えば銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルクロム合金などを用いることができる。セラミックスの多孔質体としては、例えば炭化ケイ素、アルミナ又はジルコニアの多孔質体を用いることができる。セラミックス多孔質体は、例えば多孔質基材に金属アルコキシドの溶液を含浸させ、これを所定温度で焼成処理することにより作成することができる。このように、弾性部材１４０を金属やセラミックスの多孔質体とすれば、弾性部材１４０の制作時に、気孔率を調整することで所望の弾性（可撓性）を得ることができる。従って、摺動面１３１Ｓに作用する入力荷重ｗに適した弾性部材１４０を容易に制作することができる。   The metal porous body is, for example, a foam metal formed by foam molding a metal material kneaded with a foaming agent. As the metal material, for example, copper, nickel, stainless steel, nickel chrome alloy or the like can be used. As the porous body of ceramic, for example, a porous body of silicon carbide, alumina, or zirconia can be used. The ceramic porous body can be prepared, for example, by impregnating a porous base material with a metal alkoxide solution and firing it at a predetermined temperature. Thus, if the elastic member 140 is made of a porous body of metal or ceramic, desired elasticity (flexibility) can be obtained by adjusting the porosity at the time of producing the elastic member 140. Therefore, the elastic member 140 suitable for the input load w acting on the sliding surface 131S can be easily produced.

図１０は、スカート部の変形例を示す図であって、ツイン型スカート部１３００を示す模式的な断面図である。ツイン型スカート部１３００は、それぞれ頂部付近に弾性部材１４０を含む２つのスカート本体部１３１が、気筒軸方向ＡＸに配列された構造を有している。つまり、ツイン型スカート部１３００は、張出形状部Ｍを有する摺動面１３１Ｓが、気筒軸方向ＡＸに直列に並ぶ構造を有している。個々の摺動面１３１Ｓにおいて、好ましい幅ｃ１と幅ｃ２との比は上記と同じである。なお、摺動面１３１Ｓが、気筒軸方向ＡＸに３又はそれ以上に直列に並ぶ構造としても良い。   FIG. 10 is a diagram showing a modification of the skirt portion, and is a schematic cross-sectional view showing a twin-type skirt portion 1300. The twin-type skirt portion 1300 has a structure in which two skirt main body portions 131 each including an elastic member 140 are arranged in the cylinder axial direction AX near the top. That is, the twin-type skirt portion 1300 has a structure in which the sliding surfaces 131S having the protruding shape portions M are arranged in series in the cylinder axial direction AX. In each sliding surface 131S, a preferable ratio between the width c1 and the width c2 is the same as described above. The sliding surface 131S may be arranged in series in three or more in the cylinder axial direction AX.

本実施形態のスカート部１３０は、弾性部材１４０がスカート本体部１３１の内部に埋め込まれた構造を備える。このようなスカート部１３０の製法の一例を、図１１（Ａ）〜（Ｄ）に基づいて説明する。先ず、図１１（Ａ）に示すように、スカート本体部１３１において張出形状部Ｍが形成されるベースとなる基部１３３の表面全体に、弾性部材膜１４１を形成する。基部１３３は、弾性部材膜１４１よりも高い剛性を有する部材である。弾性部材膜１４１は、弾性部材１４０の構成部材であって、例えば金属又はセラミックス等の多孔質体からなる。弾性部材１４０は、基部１３３への弾性部材膜１４１の材料の塗布、弾性部材膜１４１の成形片の接着又は溶着等により形成することができる。   The skirt portion 130 of this embodiment has a structure in which an elastic member 140 is embedded in the skirt body portion 131. An example of the manufacturing method of such a skirt part 130 is demonstrated based on FIG. 11 (A)-(D). First, as shown in FIG. 11A, the elastic member film 141 is formed on the entire surface of the base 133 serving as a base on which the projecting shape portion M is formed in the skirt main body 131. The base 133 is a member having higher rigidity than the elastic member film 141. The elastic member film 141 is a constituent member of the elastic member 140 and is made of a porous body such as metal or ceramics. The elastic member 140 can be formed by application of the material of the elastic member film 141 to the base 133, adhesion or welding of a molded piece of the elastic member film 141, or the like.

次に、図１１（Ｂ）に示すように、弾性部材膜１４１の不要部分を除去し、弾性部材１４０に相当する部分だけを基部１３３上に残存させる。つまり、基部１３３の気筒軸方向の中央に、幅ｃ２の弾性部材１４０を形成する。続いて、図１１（Ｃ）に示すように、弾性部材１４０及び基部１３３の表面を覆うように、コート層１３４を設ける。コート層１３４の材料は、基部１３３と同じ材料とすることが望ましい。そして、図１１（Ｄ）に示すように、コート層１３４の表面に切削、研磨等の加工を行うことにより、弓形の張出形状部Ｍを形成する。当該張出形状部Ｍの表面が摺動面１３１Ｓとなる。   Next, as shown in FIG. 11B, the unnecessary portion of the elastic member film 141 is removed, and only the portion corresponding to the elastic member 140 is left on the base 133. That is, the elastic member 140 having the width c2 is formed at the center of the base 133 in the cylinder axial direction. Subsequently, as illustrated in FIG. 11C, a coat layer 134 is provided so as to cover the surfaces of the elastic member 140 and the base portion 133. The material of the coat layer 134 is desirably the same material as that of the base portion 133. Then, as shown in FIG. 11D, the surface of the coat layer 134 is subjected to processing such as cutting and polishing, thereby forming an arcuate projecting shape portion M. The surface of the projecting shape portion M becomes the sliding surface 131S.

＜可撓性を有する張出形状部の意義＞
摺動面１３１Ｓの頂部Ｐが存在する領域に可撓性を具備させることにより、頂部Ｐを磨耗させないようにすることができる。頂部Ｐが磨耗しないということは、上述の最小隙間ｈ１を維持できることに繋がる。つまり、好ましい最小隙間ｈ１＝０．５μｍ〜４０μｍ、及び隙間比ｍ＝１．５〜５．０を維持し、良好な摺動浮揚を発現させ続けることができるようになる。 <Significance of overhanging shape portion having flexibility>
By providing flexibility in the region where the top portion P of the sliding surface 131S exists, the top portion P can be prevented from being worn. The fact that the top portion P is not worn leads to maintaining the above-mentioned minimum gap h1. That is, the preferable minimum gap h1 = 0.5 μm to 40 μm and the gap ratio m = 1.5 to 5.0 can be maintained, and good sliding levitation can be continuously expressed.

図１２は、スカート部１３０の摺動面１３１Ｓのプロファイルのバリエーションを示す、模式的な断面図である。摺動面１３１Ｓのプロファイルにおいて重要になるのは、頂部Ｐと裾部Ｑの高低差である山高さＤである。山高さＤは、頂部Ｐにおける隙間幅である最小隙間ｈ１と、裾部Ｑにおける隙間幅である最大隙間ｈ２により決まり、結局、隙間比ｍ＝ｈ２／ｈ１が意味を持つ。図８（Ａ）、（Ｂ）において説明した通り、隙間比ｍによって隙間Ｇに流入する流体Ｆの堰き止め効果が変わり、浮揚力が変化するからである。   FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing variations of the profile of the sliding surface 131S of the skirt portion 130. As shown in FIG. What is important in the profile of the sliding surface 131S is the peak height D, which is the difference in height between the top portion P and the bottom portion Q. The peak height D is determined by the minimum gap h1 that is the gap width at the apex P and the maximum gap h2 that is the gap width at the skirt Q, and the gap ratio m = h2 / h1 is meaningful. This is because, as described with reference to FIGS. 8A and 8B, the damming effect of the fluid F flowing into the gap G changes depending on the gap ratio m, and the levitation force changes.

一方、隙間比ｍが適正範囲に維持される限りにおいて、前記堰き止め効果は頂部Ｐと裾部Ｑとを繋ぐ形状には大きく影響を受けない。図１２の断面ラインｆ１、ｆ２、ｆ３は、それぞれ断面形状を異にする摺動面１３１Ｓであるが、最小隙間ｈ１及び最大隙間ｈ２が同一（隙間比ｍが同一）であるので、前記堰き止め効果については大差がない。断面ラインｆ１は、頂部Ｐを中心とする所定幅の中央領域が平坦な形状を有する。断面ラインｆ２は、上掲の弓形形状に相当する。断面ラインｆ３は、頂部Ｐと裾部Ｑとの間において、断面ラインｆ２よりも大きく凹没した形状を有している。このことから、例えばスカート部１３０の使用初期において断面ラインｆ２を有する摺動面１３１Ｓが、断面ラインｆ３を有するように磨耗したとしても、初期の浮揚力を維持できると言うことができる。   On the other hand, as long as the gap ratio m is maintained within an appropriate range, the damming effect is not greatly affected by the shape connecting the top portion P and the bottom portion Q. The sectional lines f1, f2, and f3 in FIG. 12 are sliding surfaces 131S having different sectional shapes, but the minimum gap h1 and the maximum gap h2 are the same (the gap ratio m is the same). There is no big difference in effect. The cross-sectional line f1 has a flat shape with a central region having a predetermined width centered on the top portion P. The cross-sectional line f2 corresponds to the above-mentioned arcuate shape. The cross section line f3 has a shape that is recessed more greatly than the cross section line f2 between the top portion P and the skirt portion Q. From this, for example, it can be said that the initial levitation force can be maintained even if the sliding surface 131S having the cross-sectional line f2 is worn so as to have the cross-sectional line f3 in the initial use of the skirt portion 130.

図１３（Ａ）〜（Ｃ）は、弾性部材１４０を備えたスカート本体部１３１の磨耗状況の説明図である。図１３（Ａ）は、使用初期状態のスカート本体部１３１の断面形状を示している。図中には、頂部Ｐの存在する領域であって弾性部材１４０が埋め込まれている中央領域Ａ１と、中央領域Ａ１の両側の側部領域Ａ２（他の領域）とを示している。摺動面１３１Ｓと内周壁２Ａとの間の隙間は、頂部Ｐにおいて最小隙間ｈ１、裾部Ｑにおいて最大隙間ｈ２である。   FIGS. 13A to 13C are explanatory diagrams of the wear state of the skirt body 131 provided with the elastic member 140. FIG. 13A shows the cross-sectional shape of the skirt body 131 in the initial use state. In the figure, a central region A1 in which the elastic member 140 is embedded and a side region A2 (other regions) on both sides of the central region A1 are shown. The gap between the sliding surface 131S and the inner peripheral wall 2A is the minimum gap h1 at the apex P and the maximum gap h2 at the skirt Q.

摺動面１３１Ｓは、上述の通り摺動浮揚するが、エンジンの運転条件によっては、また大きな荷重ｗがスカート部１３０に付加された場合等には浮揚せず、内周壁２Ａに接触する。図１３（Ｂ）は、摺動面１３１Ｓが内周壁２Ａに荷重ｗを伴って接触している状態を示している。この場合、頂部Ｐの存在する中央領域Ａ１は、弾性部材１４０によって径方向Ｒの可撓性が付与されているので、径方向Ｒに縮むことになる。つまり、摺動面１３１Ｓの内周壁２Ａへの接触により生じる接触エネルギーが、摩擦エネルギーではなく、変形エネルギーに変換される。一方、側部領域Ａ２は中央領域Ａ１よりも高い剛性を有しているので、前記接触によっては縮まない。このため、側部領域Ａ２の、中央領域Ａ１に近い部分が内周壁２Ａと強く摩擦する摩擦部分Ｂとなる。摩擦部分Ｂは、前記接触が多数回発生すると磨耗することになる。   The sliding surface 131S slidably floats as described above. However, depending on the operating conditions of the engine, when the large load w is applied to the skirt portion 130, the sliding surface 131S does not float and contacts the inner peripheral wall 2A. FIG. 13B shows a state in which the sliding surface 131S is in contact with the inner peripheral wall 2A with a load w. In this case, the central region A1 in which the apex P exists is given flexibility in the radial direction R by the elastic member 140, and thus contracts in the radial direction R. That is, the contact energy generated by the contact of the sliding surface 131S with the inner peripheral wall 2A is converted into deformation energy instead of friction energy. On the other hand, the side region A2 has higher rigidity than the central region A1, and therefore does not shrink due to the contact. For this reason, a portion of the side region A2 close to the central region A1 is a friction portion B that strongly rubs against the inner peripheral wall 2A. The friction portion B will be worn when the contact occurs many times.

図１３（Ｃ）は、前記磨耗が生じた後のスカート本体部１３１の断面形状を示している。側部領域Ａ２において、摩擦部分Ｂが磨耗し、肉厚が減少して摺動面１３１Ｓが減退している。図中の点線１３１Ｓ−Ａは、磨耗前の摺動面１３１Ｓの断面ラインを示す。両者の関係は、図１２の断面ラインｆ２とｆ３との関係に相当する。しかし、中央領域Ａ１については、弾性部材１４０の埋込による退避効果によって、磨耗が発生していない。つまり、最小隙間ｈ１は、図１３（Ａ）の使用初期状態と同じである。当然、最大隙間ｈ２も使用初期状態と同じであるので、隙間比ｍも不変である。従って、磨耗後の摺動面１３１Ｓは、使用初期状態と同じ浮揚力を発現することができる。   FIG. 13C shows a cross-sectional shape of the skirt body 131 after the wear has occurred. In the side region A2, the friction portion B is worn, the thickness is reduced, and the sliding surface 131S is reduced. A dotted line 131S-A in the figure indicates a cross-sectional line of the sliding surface 131S before wear. The relationship between the two corresponds to the relationship between the sectional lines f2 and f3 in FIG. However, the central region A1 is not worn due to the retraction effect due to the embedding of the elastic member 140. That is, the minimum gap h1 is the same as the initial use state of FIG. Naturally, since the maximum gap h2 is the same as the initial use state, the gap ratio m is also unchanged. Therefore, the sliding surface 131S after wear can exhibit the same levitation force as in the initial use state.

＜作用効果＞
以上説明した第１実施形態によれば、スカート部１３０Ａ、１３０Ｂの摺動面１３１Ｓが張出形状部Ｍを有し、内周壁２Ａ、２Ｂ側へ最も張り出した部分となる頂部Ｐと内周壁２Ａ、２Ｂとの最小隙間ｈ１が、０．５μｍ〜４０μｍの範囲に設定され、最小隙間ｈ１と最大隙間ｈ２との隙間比ｈ２／ｈ１が１．５〜５．０の範囲に設定される。このため、ピストン５の往復動作時に、気筒２の内周壁２Ａ、２Ｂとスカート部１３０Ａ、１３０Ｂの摺動面１３１Ｓとの間に流入する流体Ｆによって、摺動面１３１Ｓを内周壁２Ａ、２Ｂから各々浮揚させることが可能となる。従って、スカート部１３０Ａ、１３０Ｂの摺動抵抗を格段に低減することができる。 <Effect>
According to the first embodiment described above, the sliding surfaces 131S of the skirt portions 130A and 130B have the protruding shape portion M, and the top portion P and the inner peripheral wall 2A that are the most protruding portions toward the inner peripheral walls 2A and 2B. 2B is set to a range of 0.5 μm to 40 μm, and a gap ratio h2 / h1 between the minimum gap h1 and the maximum gap h2 is set to a range of 1.5 to 5.0. Therefore, when the piston 5 reciprocates, the sliding surface 131S is moved from the inner peripheral walls 2A and 2B by the fluid F flowing between the inner peripheral walls 2A and 2B of the cylinder 2 and the sliding surfaces 131S of the skirt portions 130A and 130B. Each can be levitated. Therefore, the sliding resistance of the skirt portions 130A and 130B can be significantly reduced.

さらに、張出形状部Ｍの頂部Ｐが存在する中央領域Ａ１は、中央領域Ａ１の両側の側部領域Ａ２に比べて、径方向Ｒにおいて大きい可撓性を有する。つまり、中央領域Ａ１は前記可撓性の施与によって易変形性とされている。このため、摺動面１３１Ｓが内周壁２Ａ、２Ｂに対して径方向Ｒに荷重ｗ（入力荷重）をもって互いに接触した場合、接触エネルギーが変形エネルギーに変換され、頂部Ｐの中央領域Ａ１が縮む方向に変形することになる。   Further, the central region A1 where the apex portion P of the projecting shape portion M exists has greater flexibility in the radial direction R than the side regions A2 on both sides of the central region A1. That is, the central region A1 is easily deformable by the application of flexibility. Therefore, when the sliding surfaces 131S contact each other with the load w (input load) in the radial direction R with respect to the inner peripheral walls 2A and 2B, the contact energy is converted into deformation energy, and the central region A1 of the top portion P is contracted. It will be transformed into.

一方、側部領域Ａ２は中央領域Ａ１のような可撓性を具備しない剛性部分であるので、容易に変形はせず、内周壁２Ａ、２Ｂと接触して接触エネルギーを受けることになる。このため、側部領域Ａ２は磨耗し得る。しかし、たとえ前記磨耗が生じ得る状況となったとしても、最小隙間ｈ１を作る頂部Ｐは前記変形によって実質的に磨耗しない。従って、摺動面１３１Ｓの摺動浮揚を実現するための最小隙間ｈ１並びに隙間比ｍは保たれ、低い摺動抵抗を維持することができる。   On the other hand, since the side region A2 is a rigid portion that does not have flexibility like the central region A1, the side region A2 is not easily deformed, and receives the contact energy in contact with the inner peripheral walls 2A and 2B. For this reason, the side region A2 can be worn. However, even if the wear can occur, the top P that forms the minimum gap h1 is not substantially worn by the deformation. Therefore, the minimum gap h1 and the gap ratio m for realizing sliding levitation of the sliding surface 131S are maintained, and a low sliding resistance can be maintained.

また、張出形状部Ｍが、所定の剛性を有する剛性部材にて形成され、前記可撓性の施与のため、所定の弾性を有する弾性部材１４０が、中央領域Ａ１において張出形状部Ｍの内部に埋め込まれる構造を有する。これにより、張出形状部Ｍにおいて、頂部Ｐが存在する中央領域Ａ１を他の領域に比べて大きい可撓性を具備する構造を、簡易に形成することができる。   In addition, the protruding shape portion M is formed of a rigid member having a predetermined rigidity, and the elastic member 140 having a predetermined elasticity is applied to the protruding shape portion M in the central region A1 for the application of the flexibility. It has a structure embedded inside. Thereby, in the overhang | projection shape part M, the structure which comprises the central area | region A1 in which the top part P exists large compared with another area | region can be formed easily.

［摺動構造体の第２実施形態］
図１４（Ａ）は、本発明の張出形状部が適用可能な第２実施形態のピストン５Ａ（第２部材）の正面図、図１４（Ｂ）は、ピストン５Ａの側面図である。図１５は、図１４（Ａ）のＸＶ−ＸＶ線断面図、図１６は、図１４（Ａ）のＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図である。ピストン５Ａは、ピストン本体２０と、ピストン本体２０の気筒軸方向ＡＸの下方に配置されるスカート部３０とを含む。第１実施形態とは異なり、本実施形態ではピストン本体２０とスカート部３０とは別体である。スカート部３０は、気筒２のスラスト側内周壁２Ａ（第１摺動面）と対峙するスラスト側スカート部３０Ａと、反スラスト側内周壁２Ｂ（第１摺動面）と対峙する反スラスト側スカート部３０Ｂとを含む。 [Second Embodiment of Sliding Structure]
FIG. 14A is a front view of the piston 5A (second member) of the second embodiment to which the overhanging portion of the present invention is applicable, and FIG. 14B is a side view of the piston 5A. 15 is a cross-sectional view taken along line XV-XV in FIG. 14A, and FIG. 16 is a cross-sectional view taken along line XVI-XVI in FIG. The piston 5 </ b> A includes a piston main body 20 and a skirt portion 30 disposed below the piston main body 20 in the cylinder axial direction AX. Unlike the first embodiment, in this embodiment, the piston body 20 and the skirt portion 30 are separate bodies. The skirt portion 30 includes a thrust side skirt portion 30A facing the thrust side inner peripheral wall 2A (first sliding surface) of the cylinder 2 and an anti-thrust side skirt facing the anti-thrust side inner peripheral wall 2B (first sliding surface). Part 30B.

ピストン本体２０は、コンロッド８の上端のスモールエンド８Ａと、ピストンピン４１により連結されている。ピストン本体２０に対して一対のスカート部３０Ａ、３０Ｂは、チルト機構によって、気筒軸方向ＡＸに揺動可能とされている。具体的には、スラスト側スカート部３０Ａはスラスト側スカートピン４２Ａにて、反スラスト側スカート部３０Ｂは反スラスト側スカートピン４２Ｂにて、それぞれピストン本体２０と回動自在に結合されている。つまり、第２実施形態では、スカート部３０Ａ、３０Ｂが、各々スカートピン４２Ａ、４２Ｂでピストン本体２０に対して結合される構造によって、スカート部３０Ａ、３０Ｂを所定範囲で気筒軸方向ＡＸに揺動可能とされている。   The piston body 20 is connected to the small end 8 </ b> A at the upper end of the connecting rod 8 by a piston pin 41. The pair of skirt portions 30A and 30B with respect to the piston main body 20 can swing in the cylinder axial direction AX by a tilt mechanism. Specifically, the thrust side skirt portion 30A and the anti-thrust side skirt portion 30B are rotatably coupled to the piston body 20 by a thrust side skirt pin 42A and the anti-thrust side skirt pin 42B, respectively. That is, in the second embodiment, the skirt portions 30A and 30B are swung in the cylinder axial direction AX within a predetermined range by the structure in which the skirt portions 30A and 30B are coupled to the piston body 20 by the skirt pins 42A and 42B, respectively. It is possible.

一対のスカートピン４２Ａ、４２Ｂの間にピストンピン４１が配置される態様で、３つのピン４１、４２Ａ、４２Ｂが平行に並んでいる。ピストン本体２０に首振りが生じていない状態（図１４）では、ピストンピン４１とスカートピン４２Ａ、４２Ｂとは、同じ高さ位置に存在することになる。なお、スラスト側スカートピン４２Ａはピストンピン４１よりも反スラスト側に配置され、反スラスト側スカートピン４２Ｂはピストンピン４１よりもスラスト側に配置されている。   In a mode in which the piston pin 41 is disposed between the pair of skirt pins 42A and 42B, the three pins 41, 42A and 42B are arranged in parallel. In a state where the piston body 20 is not swung (FIG. 14), the piston pin 41 and the skirt pins 42A and 42B exist at the same height position. The thrust side skirt pin 42 </ b> A is disposed on the anti-thrust side with respect to the piston pin 41, and the anti-thrust side skirt pin 42 </ b> B is disposed on the thrust side with respect to the piston pin 41.

ピストン本体２０は、円柱状のヘッド部２０Ａと、ヘッド部２０Ａから下方へ延出した一対のピストンボス２４とを含む。ヘッド部２０Ａは、冠面２１、裏面２２及び周壁２３を含む。冠面２１は、ヘッド部２０Ａの上面であり、燃焼室６の底面を形成する面である。裏面２２は、冠面２１の反対側の面である。一対のピストンボス２４は、裏面２２から鉛直下方に延び出している。周壁２３は、気筒２の内周壁よりも僅かに小さい外径を有する円筒面である。周壁２３には、気筒軸方向に並ぶ複数のリング溝２３１が凹設されている。リング溝２３１には、燃焼室６の気密性を保つためのピストンリング（図示せず）が嵌め込まれる。   The piston body 20 includes a columnar head portion 20A and a pair of piston bosses 24 extending downward from the head portion 20A. The head portion 20 </ b> A includes a crown surface 21, a back surface 22, and a peripheral wall 23. The crown surface 21 is an upper surface of the head portion 20 </ b> A and is a surface that forms the bottom surface of the combustion chamber 6. The back surface 22 is a surface opposite to the crown surface 21. The pair of piston bosses 24 extends vertically downward from the back surface 22. The peripheral wall 23 is a cylindrical surface having an outer diameter slightly smaller than the inner peripheral wall of the cylinder 2. A plurality of ring grooves 231 arranged in the cylinder axial direction are recessed in the peripheral wall 23. A piston ring (not shown) for keeping the airtightness of the combustion chamber 6 is fitted into the ring groove 231.

一対のピストンボス２４は、互いに平行に並ぶ平板状の部材であり、それぞれピストンピン孔２５、スラスト側スカートピン孔２６Ａ及び反スラスト側スカートピン孔２６Ｂが穿孔されている。ピストンピン孔２５は、コンロッド８との連結部を構成する孔であり、上述のピストンピン４１が挿通される。図１６に示されているように、ピストンピン孔２５の通し孔を有するコンロッド８のスモールエンド８Ａは、一対のピストンボス２４の間に嵌め込まれ、ピストンピン４１はピストンピン孔２５とスモールエンド８Ａとを貫通している。スカートピン孔２６Ａ、２６Ｂは、スカート部３０Ａ、３０Ｂを揺動可能に支持するピン孔である。スラスト側スカートピン孔２６Ａは、上述のスラスト側スカートピン４２Ａを挿通させるための貫通孔であり、反スラスト側スカートピン孔２６Ｂは、反スラスト側スカートピン４２Ｂを挿通させるための貫通孔である。   The pair of piston bosses 24 are flat members arranged in parallel with each other, and are respectively provided with a piston pin hole 25, a thrust side skirt pin hole 26A, and an anti-thrust side skirt pin hole 26B. The piston pin hole 25 is a hole constituting a connecting portion with the connecting rod 8, and the above-described piston pin 41 is inserted therethrough. As shown in FIG. 16, the small end 8A of the connecting rod 8 having a through hole for the piston pin hole 25 is fitted between the pair of piston bosses 24, and the piston pin 41 is connected to the piston pin hole 25 and the small end 8A. And penetrates. The skirt pin holes 26A and 26B are pin holes that support the skirt portions 30A and 30B in a swingable manner. The thrust side skirt pin hole 26A is a through hole for inserting the thrust side skirt pin 42A, and the anti-thrust side skirt pin hole 26B is a through hole for inserting the anti-thrust side skirt pin 42B.

一対のスカート部３０Ａ、３０Ｂは各々、スカート本体部３１とアーム部３２とを備えている。スカート本体部３１は、気筒２の内周壁２Ａ、２Ｂの形状に沿って、周方向に円弧型、気筒軸方向ＡＸに平板状の部材である。スカート本体部３１は、スラスト側内周壁２Ａ又は反スラスト側内周壁２Ｂと対峙する面に、摺動面３１Ｓ（第２摺動面）を備えている。摺動面３１Ｓは、ピストン５の往復動作時に、内周壁２Ａ、２Ｂと摺接、若しくは内周壁２Ａ、２Ｂとの間に空気等の流体を介して浮揚（対向）する面である。この摺動面３１Ｓは、気筒軸方向ＡＸの断面において、内周壁２Ａ、２Ｂ側へ張り出す弓形形状（張出形状）を有している。   Each of the pair of skirt portions 30 </ b> A and 30 </ b> B includes a skirt body portion 31 and an arm portion 32. The skirt body 31 is a circular arc member in the circumferential direction and a flat plate member in the cylinder axial direction AX along the shape of the inner peripheral walls 2A and 2B of the cylinder 2. The skirt body 31 includes a sliding surface 31S (second sliding surface) on a surface facing the thrust side inner peripheral wall 2A or the anti-thrust side inner peripheral wall 2B. The sliding surface 31S is a surface that slidably contacts the inner peripheral walls 2A and 2B or floats (opposites) between the inner peripheral walls 2A and 2B via a fluid such as air when the piston 5 reciprocates. The sliding surface 31S has an arcuate shape (projecting shape) projecting toward the inner peripheral walls 2A and 2B in the cross section in the cylinder axial direction AX.

アーム部３２は、スカート本体部３１の裏面から気筒２の径方向内側に向けて延び出している。本実施形態ではアーム部３２は、スカート本体部３１の周方向の一端側から延び出す第１アーム３２Ａと、他端側から延び出す第２アーム３２Ｂとからなる。アーム３２Ａ、３２Ｂは、それぞれ、スカート本体部３１の裏面に繋がる連結部３２１と、突出先端である先端部３２２とを有している。アーム３２Ａ、３２Ｂの先端部３２２付近には、それぞれスカートピン４２Ａ、４２Ｂを挿通させるためのピン通し孔３３Ａ、３３Ｂが穿孔されている。   The arm portion 32 extends from the back surface of the skirt body portion 31 toward the radially inner side of the cylinder 2. In the present embodiment, the arm portion 32 includes a first arm 32A extending from one end side in the circumferential direction of the skirt body portion 31, and a second arm 32B extending from the other end side. Each of the arms 32 </ b> A and 32 </ b> B has a connecting portion 321 connected to the back surface of the skirt main body portion 31 and a tip portion 322 that is a protruding tip. Pin passage holes 33A and 33B through which the skirt pins 42A and 42B are inserted are formed in the vicinity of the distal ends 322 of the arms 32A and 32B, respectively.

一対のスカート部３０Ａ、３０Ｂは、図１６に示すように、互いの摺動面３１Ｓが反対方向を向くように配置される。そして、スラスト側スカート部３０Ａの第１アーム３２Ａと反スラスト側スカート部３０Ｂの第２アーム３２Ｂとが隣り合い、スラスト側スカート部３０Ａの第２アーム３２Ｂと反スラスト側スカート部３０Ｂの第１アーム３２Ａとが隣り合うように配置される。第１アーム３２Ａの連結部３２１は、スカート本体部３１の周方向端部よりもやや内側の位置に繋がっている。これにより、当該連結部３２１の周方向外側には、段部３２３が形成されている。段部３２３は、相手方の第２アーム３２Ｂの先端部３２２を収容する空間を形成している。   As shown in FIG. 16, the pair of skirt portions 30 </ b> A and 30 </ b> B are arranged such that the sliding surfaces 31 </ b> S face in opposite directions. The first arm 32A of the thrust side skirt portion 30A and the second arm 32B of the anti-thrust side skirt portion 30B are adjacent to each other, and the second arm 32B of the thrust side skirt portion 30A and the first arm of the anti-thrust side skirt portion 30B. 32A is arranged next to each other. The connecting portion 321 of the first arm 32 </ b> A is connected to a position slightly inside the circumferential end of the skirt main body 31. Thereby, a stepped portion 323 is formed on the outer side in the circumferential direction of the connecting portion 321. The stepped portion 323 forms a space for accommodating the distal end portion 322 of the counterpart second arm 32B.

以上の通り構成されたスカート部３０Ａ、３０Ｂにおいて、それぞれの摺動面３１Ｓに、第１実施形態において図５Ａ、図９に基づいて説明した、弾性部材１４０を備える張出形状部Ｍが適用される。すなわち、摺動面３１Ｓは、内周壁２Ａ、２Ｂに向けて張り出す弓形形状を有し、隙間をおいて対峙している。その隙間の最小隙間ｈ１は、上述の通り０．５μｍ〜４０μｍの範囲であり、隙間比ｍ＝１．５〜５．０とされる。また、摺動面３１Ｓの頂部Ｐに存在する領域の内側には、当該頂部Ｐに可撓性を付与するために弾性部材（図示せず）が埋め込まれている。   In the skirt portions 30A and 30B configured as described above, the protruding shape portion M including the elastic member 140 described in the first embodiment based on FIGS. 5A and 9 is applied to each sliding surface 31S. The That is, the sliding surface 31S has an arcuate shape that protrudes toward the inner peripheral walls 2A and 2B, and faces each other with a gap. The minimum gap h1 of the gap is in the range of 0.5 μm to 40 μm as described above, and the gap ratio m = 1.5 to 5.0. In addition, an elastic member (not shown) is embedded inside the region present at the top portion P of the sliding surface 31S in order to impart flexibility to the top portion P.

第２実施形態のスカート部３０Ａ、３０Ｂは、ピストン５に加速度又は減速度が作用すると、スカートピン４２Ａ、４２Ｂの軸回りに揺動する。この揺動により、摺動面３１Ｓの頂部の位置は気筒軸方向ＡＸにシフトする。このような揺動が生じても、最小隙間ｈ１＝０．５μｍ〜４０μｍ、隙間比ｍ＝１．５〜５．０の関係は維持され、良好な摺動浮揚が達成される。また、摺動面３１Ｓが内周壁２Ａ、２Ｂに接触した場合でも、摺動面３１Ｓの頂部は前記可撓性によって退避変形するので磨耗しない。従って、上記最小隙間ｈ１及び隙間比ｍを維持することができる。   The skirt portions 30A and 30B of the second embodiment swing around the axes of the skirt pins 42A and 42B when acceleration or deceleration acts on the piston 5. By this swing, the position of the top portion of the sliding surface 31S is shifted in the cylinder axial direction AX. Even if such swinging occurs, the relationship of the minimum gap h1 = 0.5 μm to 40 μm and the gap ratio m = 1.5 to 5.0 is maintained, and good sliding levitation is achieved. Even when the sliding surface 31S comes into contact with the inner peripheral walls 2A and 2B, the top of the sliding surface 31S is retracted and deformed by the flexibility so that it does not wear. Therefore, the minimum gap h1 and the gap ratio m can be maintained.

［摺動構造体の第３実施形態］
図１７は、本発明の張出形状部が適用可能な第３実施形態のピストン５Ｂ（第２部材）の例を示す正面図である。図１８は、図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線断面図、図１９は、図１８のＩＸＸＡ−ＩＸＸＡ線断面及びＩＸＸＢ−ＩＸＸＢ線断面を複合的に示す断面図である。ピストン５Ｂは、ピストン本体５２０と、ピストン本体５２０の気筒軸方向ＡＸの下方に配置されるスカート部５３０とを含む。スカート部５３０は、気筒軸方向ＡＸに配列された上スカート部５４０及び下スカート部５５０を備える。 [Third embodiment of sliding structure]
FIG. 17 is a front view showing an example of a piston 5B (second member) of the third embodiment to which the projecting shape portion of the present invention can be applied. 18 is a cross-sectional view taken along the line XVIII-XVIII in FIG. 17, and FIG. 19 is a cross-sectional view illustrating the cross section taken along the line IXXA-IXXA and the line IXXB-IXXB in FIG. 18. The piston 5B includes a piston main body 520 and a skirt portion 530 disposed below the piston main body 520 in the cylinder axial direction AX. The skirt portion 530 includes an upper skirt portion 540 and a lower skirt portion 550 arranged in the cylinder axial direction AX.

ピストン本体５２０は、円柱状のヘッド部５２０Ａと、ヘッド部５２０Ａから下方へ延出した一対のピストンボス５２４とを含む。ヘッド部５２０Ａは、冠面５２１、裏面５２２及び周壁５２３を含む。冠面５２１は、燃焼室６（図１）の底面を形成する面である。裏面５２２は、冠面５２１の反対側の面であって、一対のピストンボス５２４は、裏面５２２から鉛直下方に延び出している。周壁５２３は、気筒２の内周壁と対峙するヘッド部２０Ａの外周面であり、ピストンリング（図示せず）が嵌め込むための複数のリング溝を有する。   The piston main body 520 includes a columnar head portion 520A and a pair of piston bosses 524 extending downward from the head portion 520A. The head portion 520 </ b> A includes a crown surface 521, a back surface 522, and a peripheral wall 523. The crown surface 521 is a surface that forms the bottom surface of the combustion chamber 6 (FIG. 1). The back surface 522 is a surface on the opposite side of the crown surface 521, and the pair of piston bosses 524 extends vertically downward from the back surface 522. The peripheral wall 523 is an outer peripheral surface of the head portion 20A facing the inner peripheral wall of the cylinder 2, and has a plurality of ring grooves into which piston rings (not shown) are fitted.

一対のピストンボス５２４は、互いに平行に並ぶ平板状の部材であり、それぞれピストンピン孔５２５、上スカートピン孔５２６及び下スカートピン孔５２７が穿孔されている。ピストンピン孔５２５にはピストンピン４３が挿通され、ピストン本体５２０をコンロッド８のスモールエンド８Ａと連結している。上スカートピン孔５２６は、ピストンピン孔５２５よりも上側に配置され、下スカートピン孔５２７は、ピストンピン孔５２５よりも下側に配置されている。ピストンピン孔５２５と、スカートピン孔５２６、５２７とは、気筒軸方向ＡＸ（上下方向）に沿って直列に並んでいる。   The pair of piston bosses 524 are flat members arranged in parallel to each other, and are respectively provided with a piston pin hole 525, an upper skirt pin hole 526, and a lower skirt pin hole 527. A piston pin 43 is inserted into the piston pin hole 525 and connects the piston body 520 to the small end 8 </ b> A of the connecting rod 8. The upper skirt pin hole 526 is disposed above the piston pin hole 525, and the lower skirt pin hole 527 is disposed below the piston pin hole 525. The piston pin hole 525 and the skirt pin holes 526 and 527 are arranged in series along the cylinder axial direction AX (vertical direction).

第２実施形態では、一つのスカート部３０が具備されている例を示したが、この第３実施形態では、ピストンピン４３を挟んで気筒軸方向ＡＸに、２つのスカート部５４０、５５０が配置される例を示す。スカート部５４０、５５０は、チルト機構によって、それぞれ気筒軸方向ＡＸに揺動可能とされている。具体的には、上スカート部５４０は上スカートピン４４にて、下スカート部５５０は下スカートピン４５にて、それぞれピストン本体５２０と回動自在に結合されている。上スカートピン４４、下スカートピン４５は各々、上述の上スカートピン孔５２６、下スカートピン孔５２７に挿通されている。ピストンピン４３及びスカートピン４４、４５は、気筒２のスラスト側内周壁２Ａと反スラスト側内周壁２Ｂとの径方向中間において、気筒軸方向ＡＸに沿って直列に並んでいる。   In the second embodiment, an example in which one skirt portion 30 is provided has been described. However, in the third embodiment, two skirt portions 540 and 550 are arranged in the cylinder axial direction AX with the piston pin 43 interposed therebetween. An example is shown. The skirt portions 540 and 550 can swing in the cylinder axial direction AX by a tilt mechanism. Specifically, the upper skirt portion 540 is rotatably coupled to the piston main body 520 by the upper skirt pin 44, and the lower skirt portion 550 is pivotally coupled by the lower skirt pin 45, respectively. The upper skirt pin 44 and the lower skirt pin 45 are inserted into the upper skirt pin hole 526 and the lower skirt pin hole 527, respectively. The piston pin 43 and the skirt pins 44 and 45 are arranged in series along the cylinder axial direction AX in the middle in the radial direction between the thrust side inner peripheral wall 2A and the anti-thrust side inner peripheral wall 2B of the cylinder 2.

上スカート部５４０は、スラスト側スカート部５４０Ａ及び反スラスト側スカート部５４０Ｂを備える。一対のスカート部５４０Ａ、５４０Ｂは各々、スカート本体部５４１とアーム部５４２とを備えている。各スカート本体部５４１は、気筒２の内周壁２Ａ、２Ｂの形状に沿った円弧型の平板部材であり、それぞれ内周壁２Ａ、２Ｂと対峙する面に、摺動面５４１Ｓ（第２摺動面）を備えている。摺動面５４１Ｓは、ピストン５の往復動作時に、内周壁２Ａ、２Ｂと摺接、若しくは内周壁２Ａ、２Ｂとの間に空気等の流体を介して浮揚（対向）する面である。摺動面５４１Ｓは、気筒軸方向ＡＸの断面において、内周壁２Ａ、２Ｂ側へ張り出す弓形形状を有している。   The upper skirt portion 540 includes a thrust side skirt portion 540A and an anti-thrust side skirt portion 540B. Each of the pair of skirt portions 540A and 540B includes a skirt main body portion 541 and an arm portion 542. Each skirt body 541 is an arc-shaped flat plate member along the shape of the inner peripheral walls 2A, 2B of the cylinder 2, and a sliding surface 541S (second sliding surface) is provided on the surface facing the inner peripheral walls 2A, 2B, respectively. ). The sliding surface 541S is a surface that slidably contacts the inner peripheral walls 2A and 2B or floats (opposites) between the inner peripheral walls 2A and 2B via a fluid such as air when the piston 5 reciprocates. The sliding surface 541S has an arcuate shape projecting toward the inner peripheral walls 2A, 2B in the cross section in the cylinder axial direction AX.

同様に、下スカート部５５０は、スラスト側スカート部５５０Ａ及び反スラスト側スカート部５５０Ｂを備える。一対のスカート部５５０Ａ、５５０Ｂは各々、スカート本体部５５１とアーム部５５２とを備えている。各スカート本体部５５１は、それぞれ内周壁２Ａ、２Ｂと対峙する面に、摺動面５５１Ｓ（第２摺動面）を備えている。摺動面５５１Ｓは、ピストン５の往復動作時に、内周壁２Ａ、２Ｂと摺接、若しくは内周壁２Ａ、２Ｂとの間に空気等の流体を介して浮揚（対向）する面である。摺動面５５１Ｓもまた、気筒軸方向ＡＸの断面において、内周壁２Ａ、２Ｂ側へ張り出す弓形形状を有している。   Similarly, the lower skirt portion 550 includes a thrust side skirt portion 550A and an anti-thrust side skirt portion 550B. Each of the pair of skirt portions 550A and 550B includes a skirt body portion 551 and an arm portion 552. Each skirt main body 551 is provided with a sliding surface 551S (second sliding surface) on the surface facing the inner peripheral walls 2A and 2B. The sliding surface 551S is a surface that slidably contacts the inner peripheral walls 2A and 2B or floats (opposites) between the inner peripheral walls 2A and 2B via a fluid such as air when the piston 5 reciprocates. The sliding surface 551S also has an arcuate shape projecting toward the inner peripheral walls 2A and 2B in the cross section in the cylinder axial direction AX.

上スカート部５４０において、スラスト側スカート部５４０Ａのアーム部５４２は、スカート本体部５４１の周方向両側に設けられており、それぞれ径方向内側に突設されたスカートボス５４２Ａを有する。同様に、反スラスト側スカート部５４０Ｂのアーム部５４２も、スカート本体部５４１の周方向両側に設けられており、それぞれ径方向内側に突設されたスカートボス５４２Ｂを有する。スカートボス５４２Ａにはピン通し孔５４３が、スカートボス５４２Ｂにはピン通し孔５４４が、それぞれ穿孔されている。ピストンボス５２４の上スカートピン孔５２６と、スカートボス５４２Ａ、５４２Ｂのピン通し孔５４３、５４４とが位置合わせされ、上スカートピン４４が挿通されている。これにより、一対のスカート部５４０Ａ、５４０Ｂは、上スカートピン４４回りに揺動可能とされている。   In the upper skirt portion 540, the arm portions 542 of the thrust side skirt portion 540A are provided on both sides in the circumferential direction of the skirt main body portion 541, and have skirt bosses 542A that protrude radially inward. Similarly, the arm portions 542 of the anti-thrust side skirt portion 540B are also provided on both sides in the circumferential direction of the skirt main body portion 541, and each has a skirt boss 542B protruding radially inward. A pin through hole 543 is formed in the skirt boss 542A, and a pin through hole 544 is formed in the skirt 542B. The upper skirt pin hole 526 of the piston boss 524 and the pin through holes 543 and 544 of the skirt bosses 542A and 542B are aligned, and the upper skirt pin 44 is inserted. Thus, the pair of skirt portions 540A and 540B can swing around the upper skirt pin 44.

下スカート部５５０も上記と同様である。スラスト側、反スラスト側スカート部５５０Ａ、５５０Ｂの一対のアーム部５５２は、それぞれ径方向内側に突設されたスカートボス５５２Ａ、５５２Ｂを有する。スカートボス５５２Ａにはピン通し孔５５３）が、スカートボス５５２Ｂにはピン通し孔５５４が、それぞれ穿孔されている。ピストンボス５２４の下スカートピン孔５２７と、スカートボス５５２Ａ、５５２Ｂのピン通し孔５５３、５５４とが位置合わせされ、下スカートピン４５が挿通されている。これにより、一対のスカート部５５０Ａ、５５０Ｂは、下スカートピン４５回りに揺動可能とされている。   The lower skirt portion 550 is the same as described above. The pair of arm portions 552 of the thrust side and anti-thrust side skirt portions 550A and 550B have skirt bosses 552A and 552B projecting radially inward. A pin through hole 553) is formed in the skirt boss 552A, and a pin through hole 554 is formed in the skirt boss 552B. The lower skirt pin hole 527 of the piston boss 524 and the pin passage holes 553 and 554 of the skirt bosses 552A and 552B are aligned, and the lower skirt pin 45 is inserted. Thus, the pair of skirt portions 550A and 550B can swing around the lower skirt pin 45.

上、下スカート部５４０、５５０のスラスト側、反スラスト側の摺動面５４１Ｓ、５５１Ｓ（図１７では、張出形状を誇張して描いている）は、隙間Ｇを置いて気筒２の内周壁２Ａ、２Ｂと各々対峙している。ピストン５の往復動に伴いスカート部５４０、５５０に速度が与えられると、周辺に存在する流体Ｆが隙間Ｇに引き込まれ、摺動面５４１Ｓ、５５１Ｓを摺動浮揚させる。摺動面５４１Ｓ、５５１Ｓは、このような摺動浮揚が実現されるよう、先に図５Ａに基づき説明したように、摺動面５４１Ｓ、５５１Ｓの頂部となる部分と内周壁２Ａ、２Ｂとの間の最小隙間ｈ１が０．５μｍ〜４０μｍ、摺動面５４１Ｓ、５５１Ｓの裾部と内周壁２Ａ、２Ｂとの間の最大隙間ｈ２と前記最小隙間ｈ１の比である隙間比ｍが、ｈ２／ｈ１＝１．５〜５．０の範囲に設定される。また、摺動面５４１Ｓ、５５１Ｓの頂部に存在する領域の内側には、当該頂部に可撓性を付与するために弾性部材（図示せず）が埋め込まれている。   Sliding surfaces 541S and 551S (in FIG. 17 exaggerating the protruding shape) of the upper and lower skirt portions 540 and 550 are drawn on the inner peripheral wall of the cylinder 2 with a gap G therebetween. 2A and 2B are opposed to each other. When speed is given to the skirt portions 540 and 550 as the piston 5 reciprocates, the fluid F existing in the periphery is drawn into the gap G, and the sliding surfaces 541S and 551S are slid and floated. As described above with reference to FIG. 5A, the sliding surfaces 541S and 551S are formed between the top portion of the sliding surfaces 541S and 551S and the inner peripheral walls 2A and 2B, as described above with reference to FIG. 5A. The minimum gap h1 is 0.5 μm to 40 μm, and the gap ratio m, which is the ratio of the maximum gap h2 between the skirts of the sliding surfaces 541S, 551S and the inner peripheral walls 2A, 2B and the minimum gap h1, is h2 /. It is set in the range of h1 = 1.5 to 5.0. In addition, an elastic member (not shown) is embedded inside the region present at the top of the sliding surfaces 541S and 551S in order to give flexibility to the top.

上、下スカート部５４０、５５０は、ピストン５に加速度又は減速度が作用すると、スカートピン４４、４５の軸回りに揺動する。この揺動により、摺動面３１Ｓの頂部の位置は気筒軸方向ＡＸにシフトする。このような揺動が生じても、最小隙間ｈ１＝０．５μｍ〜４０μｍ、隙間比ｍ＝１．５〜５．０の関係は維持されるよう、摺動面５４１Ｓ、５５１Ｓのプロファイルが設定されている。これにより、良好な摺動浮揚が達成される。また、摺動面５４１Ｓ、５５１Ｓが内周壁２Ａ、２Ｂに接触した場合でも、摺動面５４１Ｓ、５５１Ｓの頂部は前記可撓性によって退避変形するので磨耗しない。従って、上記最小隙間ｈ１及び隙間比ｍを維持することができる。   The upper and lower skirt portions 540 and 550 swing around the axes of the skirt pins 44 and 45 when acceleration or deceleration acts on the piston 5. By this swing, the position of the top portion of the sliding surface 31S is shifted in the cylinder axial direction AX. The profiles of the sliding surfaces 541S and 551S are set so that the relationship of the minimum gap h1 = 0.5 μm to 40 μm and the gap ratio m = 1.5 to 5.0 is maintained even if such swinging occurs. ing. Thereby, good sliding levitation is achieved. Even when the sliding surfaces 541S and 551S come into contact with the inner peripheral walls 2A and 2B, the top portions of the sliding surfaces 541S and 551S are retracted and deformed by the flexibility, so that they do not wear. Therefore, the minimum gap h1 and the gap ratio m can be maintained.

［摺動構造体の第４実施形態］
図２０は、本発明の第４実施形態であって、上述の張出形状部が軸受け部に適用される場合の実施形態を示す断面図である。第４実施形態に係る摺動構造体は、軸受け部材６１（第１部材）と、この軸受け部材６１で回転自在に軸支される軸部材６２（第２部材）とを含む。第４実施形態がクランク軸７に適用される場合、例えば、軸部材６２がクランクジャーナル７１、軸受け部材６１がクランクジャーナル７１を軸支する軸受けメタル７Ａ（図２）である。あるいは、軸部材６２がクランクピン７２、軸受け部材６１がコンロッド８のビッグエンド８Ｂの内周面に組み入れられる軸受けメタル（図示せず）である。 [Fourth Embodiment of Sliding Structure]
FIG. 20 is a cross-sectional view illustrating a fourth embodiment of the present invention, in which the above-described protruding shape portion is applied to a bearing portion. The sliding structure according to the fourth embodiment includes a bearing member 61 (first member) and a shaft member 62 (second member) that is rotatably supported by the bearing member 61. When the fourth embodiment is applied to the crankshaft 7, for example, the shaft member 62 is the crank journal 71 and the bearing member 61 is a bearing metal 7 </ b> A (FIG. 2) that supports the crank journal 71. Alternatively, the shaft member 62 is a crank pin 72 and the bearing member 61 is a bearing metal (not shown) incorporated in the inner peripheral surface of the big end 8B of the connecting rod 8.

軸受け部材６１の内周面６１Ａと、軸部材６２の外周面６２Ａとは、径方向に所定の隙間Ｇを置いて対峙している。ここでは、内周面６１Ａに張出形状部６３を備えた摺動面６３Ｓが、内周面６１Ａの周方向に複数連設されている例を示している。各々の摺動面６３Ｓは、外周面６２Ａに向けて張り出した形状を有し、最も張り出した部分である頂部Ｐと、最も外周面６２Ａに対して離間した位置となる裾部Ｑとを備えている。張出形状部６３を有する摺動面６３Ｓは、内周面６１Ａ又は外周面６２Ａの少なくとも一方に存在していれば良く、外周面６２Ａに設けられていても、或いは、内周面６１Ａ及び外周面６２Ａの双方に設けられていても良い。   The inner peripheral surface 61A of the bearing member 61 and the outer peripheral surface 62A of the shaft member 62 are opposed to each other with a predetermined gap G in the radial direction. Here, an example is shown in which a plurality of sliding surfaces 63S each provided with a projecting shape portion 63 on the inner peripheral surface 61A are provided in the circumferential direction of the inner peripheral surface 61A. Each sliding surface 63S has a shape projecting toward the outer peripheral surface 62A, and includes a top portion P that is the most projecting portion and a skirt portion Q that is positioned farthest from the outer peripheral surface 62A. Yes. The sliding surface 63S having the projecting shape portion 63 only needs to be present on at least one of the inner peripheral surface 61A or the outer peripheral surface 62A, and may be provided on the outer peripheral surface 62A, or may be provided on the inner peripheral surface 61A and the outer peripheral surface. It may be provided on both surfaces 62A.

ここでは、摺動面６３Ｓを有する軸受け部材６１が、軸部材６２に対して矢印Ｈ１の方向（摺動方向Ｈ１）に相対移動することを想定している。この摺動方向Ｈ１において、頂部Ｐよりも下流側に裾部Ｑが配置されている。頂部Ｐにおける摺動面６３Ｓと外周面６２Ａとの隙間が最小隙間ｈ１であり、裾部Ｑにおける摺動面６３Ｓと外周面６２Ａとの隙間が最大隙間ｈ２である。なお、一つの摺動面６３Ｓの摺動方向Ｈ１の上流側の裾部Ｑは、隣接する摺動面６３Ｓの下流側の裾部Ｑに連なっている。この摺動面６３Ｓのプロファイルが、最小隙間ｈ１＝０．５μｍ〜４０μｍ、隙間比ｍ＝１．５〜５．０となるように設定されている。   Here, it is assumed that the bearing member 61 having the sliding surface 63S moves relative to the shaft member 62 in the direction of the arrow H1 (sliding direction H1). In the sliding direction H1, the skirt Q is disposed on the downstream side of the top P. The clearance between the sliding surface 63S and the outer peripheral surface 62A at the top P is the minimum clearance h1, and the clearance between the sliding surface 63S and the outer peripheral surface 62A at the skirt Q is the maximum clearance h2. Note that the skirt Q on the upstream side in the sliding direction H1 of one sliding surface 63S is connected to the skirt Q on the downstream side of the adjacent sliding surface 63S. The profile of the sliding surface 63S is set so that the minimum gap h1 = 0.5 μm to 40 μm and the gap ratio m = 1.5 to 5.0.

また、張出形状部６３の頂部Ｐが存在する領域について、張出形状部６３の他の領域よりも大きい可撓性を具備させるために、弾性部材６４が埋め込まれている。この弾性部材６４は、第１〜第３実施形態において説明した弾性部材１４０と同等の部材である。   In addition, an elastic member 64 is embedded in the region where the top portion P of the projecting shape portion 63 exists so as to have greater flexibility than the other regions of the projecting shape portion 63. The elastic member 64 is a member equivalent to the elastic member 140 described in the first to third embodiments.

軸受け部材６１が摺動方向Ｈ１に措定の回転速度で相対移動すると、隙間Ｇに存在する流体に矢印Ｈ２の方向（流体流入方向Ｈ２）のフローが生じる。つまり、裾部Ｑから頂部Ｐに向けて、流体が流れ込む。摺動面６３Ｓのプロファイルが上記の通り設定されているので、摺動面６３Ｓは外周面６２Ａに対して摺動浮揚するようになる。また、摺動面６３Ｓが外周面６２Ａに接触した場合でも、摺動面６３Ｓの頂部Ｐは前記可撓性によって退避変形するので磨耗しない。従って、上記最小隙間ｈ１及び隙間比ｍを維持することができる。   When the bearing member 61 moves relative to the sliding direction H1 at the determined rotational speed, a flow in the direction of the arrow H2 (fluid inflow direction H2) is generated in the fluid existing in the gap G. That is, the fluid flows from the skirt Q toward the top P. Since the profile of the sliding surface 63S is set as described above, the sliding surface 63S slides and floats with respect to the outer peripheral surface 62A. Even when the sliding surface 63S comes into contact with the outer peripheral surface 62A, the top portion P of the sliding surface 63S is retracted and deformed by the flexibility so that it does not wear. Therefore, the minimum gap h1 and the gap ratio m can be maintained.

［他の変形実施形態の説明］
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。例えば、上記実施形態では、摺動浮揚を実現可能な流体Ｆとして、空気、水、低粘度オイル０Ｗ−２０を例示した。オイルは、０Ｗ−２０と同程度若しくはそれ以下の粘度ものであれば、他のオイルを用いることができる。また、流体Ｆとして水を用いる場合は、防錆剤を添加することが望ましい。防錆剤としては、例えば、メチルモルホリン、エチルモルホリン等のアルキルモルホリン類、トリエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン等の有機アミン類、カルボン酸アルカリ金属塩等からなる群の１種又は２種以上を用いることができる。 [Description of Other Modified Embodiments]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this. For example, in the said embodiment, air, water, and low viscosity oil 0W-20 were illustrated as the fluid F which can implement | achieve sliding levitation. Other oils can be used as long as the oil has a viscosity comparable to or lower than 0W-20. Further, when water is used as the fluid F, it is desirable to add a rust inhibitor. Examples of the rust inhibitor include one or more of the group consisting of alkylmorpholines such as methylmorpholine and ethylmorpholine, organic amines such as triethanolamine and N-methyldiethanolamine, carboxylic acid alkali metal salts and the like. Can be used.

また、流体Ｆとして空気を選択し、スカート部３０等について空気浮揚を行わせる場合において、エンジンの低回転領域、高負荷領域など、空気浮揚が難しい条件となる場合がある。この場合、空気浮揚が難しい条件が揃うタイミングに、摺動面３１Ｓと内周壁２Ａ、２Ｂとの間の隙間に、水や低粘度オイルを供給し、摺動抵抗を低下させるようにしても良い。   In addition, when air is selected as the fluid F and air levitation is performed on the skirt portion 30 or the like, air levitation may be difficult conditions such as a low engine speed region and a high load region. In this case, water or low-viscosity oil may be supplied to the gap between the sliding surface 31S and the inner peripheral walls 2A and 2B at the timing when conditions for which air levitation is difficult are met to reduce the sliding resistance. .

１ エンジン本体
２ 気筒
２Ａ、２Ｂ スラスト側、反スラスト側内周壁（第１摺動面）
３ シリンダブロック（第１部材）
５、５Ａ、５Ｂ ピストン（第２部材）
７ クランク軸
７Ａ 軸受けメタル
１２０ ピストン本体
１３０ スカート部
１３１ スカート本体部
１３１Ｓ 摺動面（第２摺動面）
１４０ 弾性部材
２０ ピストン本体
３０ スカート部
３０Ａ、３０Ｂ スラスト側、反スラスト側スカート部
３１ スカート本体部
３１Ｓ 摺動面（外周壁）
６１ 軸受け部材（第１部材）
６２ 軸部材（第２部材）
６２Ａ 外周面（第２摺動面）
６３ 張出形状部
６３Ｓ 摺動面（第１摺動面）
６４ 弾性部材
Ｇ 隙間
Ｐ 頂部
Ｑ 裾部
Ｆ 流体
Ｍ 張出形状部
ｈ１ 最小隙間
ｈ２ 最大隙間
1 Engine body 2 Cylinder 2A, 2B Thrust side, anti-thrust side inner peripheral wall (first sliding surface)
3 Cylinder block (first member)
5, 5A, 5B Piston (second member)
7 Crankshaft 7A Bearing metal 120 Piston body 130 Skirt 131 Skirt body 131S Sliding surface (second sliding surface)
140 Elastic member 20 Piston body 30 Skirt portion 30A, 30B Thrust side, anti-thrust side skirt portion 31 Skirt body portion 31S Sliding surface (outer peripheral wall)
61 Bearing member (first member)
62 Shaft member (second member)
62A Outer peripheral surface (second sliding surface)
63 Overhang shape part 63S Sliding surface (first sliding surface)
64 Elastic member G Gap P Top Q Bottom F F Fluid M Overhang shape h1 Minimum gap h2 Maximum gap

Claims (5)

第１摺動面を有する第１部材と、
前記第１摺動面と隙間を置いて対峙する第２摺動面を有し、前記第１部材に対して所定の摺動方向に相対移動する第２部材と、を備え、
前記第１摺動面及び前記第２摺動面の少なくとも一方は、前記摺動方向に沿った断面において、前記対峙する方向へ張り出す張出形状部を有し、
前記張出形状部は、最も張り出した部分となる頂部と、この頂部の少なくとも前記摺動方向の下流側に配置され最も相手方摺動面に対して離間した位置となる裾部とを含み、
前記張出形状部において、前記頂部における前記隙間を最小隙間ｈ１とし、前記裾部における前記隙間を最大隙間ｈ２とするとき、
ｈ１＝０．５μｍ〜４０μｍ、
ｈ２／ｈ１＝１．５〜５．０、
の範囲に設定され、
前記張出形状部の前記頂部が存在する領域は、前記張出形状部の他の領域に比べて、前記対峙する方向において大きい可撓性を有し、
前記張出形状部が、所定の剛性を有する剛性部材にて形成され、
前記可撓性の施与のため、所定の弾性を有する弾性部材が、前記頂部が存在する領域において前記剛性部材の内部に埋め込まれており、
前記弾性部材の前記隙間側の面が、前記隙間に露出しないように前記剛性部材によって覆われている、摺動構造体。 A first member having a first sliding surface;
A second sliding surface which faces at the first sliding surface and the gap, and a second member which move relative to a predetermined sliding direction relative to the first member,
At least one of the first sliding surface and the second sliding surface has a projecting shape portion that projects in the facing direction in a cross section along the sliding direction,
The projecting shape portion includes a top portion that is the most projecting portion, and a skirt portion that is disposed at least on the downstream side in the sliding direction of the top portion and is positioned farthest from the counterpart sliding surface,
In the projecting shape portion, when the gap at the top is the minimum gap h1, and the gap at the skirt is the maximum gap h2,
h1 = 0.5 μm to 40 μm,
h2 / h1 = 1.5-5.0,
Is set to the range of
The region where the top portion of the protruding shape portion exists has greater flexibility in the facing direction than the other region of the protruding shape portion ,
The projecting shape portion is formed of a rigid member having a predetermined rigidity,
For the application of flexibility, an elastic member having a predetermined elasticity is embedded in the rigid member in a region where the top portion exists,
A sliding structure in which a surface on the gap side of the elastic member is covered with the rigid member so as not to be exposed to the gap . 請求項１に記載の摺動構造体において、
前記弾性部材が多孔質体からなる、摺動構造体。 The sliding structure according to claim 1 ,
A sliding structure in which the elastic member is made of a porous body. 請求項１または２のいずれか１項に記載の摺動構造体において、
前記最小隙間ｈ１が、０．５μｍ〜１．５μｍの範囲に設定されている、摺動構造体。 The sliding structure according to any one of claims 1 and 2 ,
The sliding structure in which the minimum gap h1 is set in a range of 0.5 μm to 1.5 μm. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の摺動構造体において、
前記第１部材が、軸受け部材であり、
前記第２部材が、前記軸受け部材で回転自在に軸支される軸部材であって、
前記軸受け部材の内周面又は前記軸部材の外周面の少なくとも一方に、前記張出形状部が設けられている、摺動構造体。 In the sliding structure according to any one of claims 1 to 3 ,
The first member is a bearing member;
The second member is a shaft member rotatably supported by the bearing member;
A sliding structure in which the protruding shape portion is provided on at least one of an inner peripheral surface of the bearing member and an outer peripheral surface of the shaft member. 気筒内を往復動するピストン及びクランク機構を備えた往復動ピストンエンジンであって、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の摺動構造体を備え、
前記第１部材が、前記気筒を区画するシリンダであり、
前記第２部材が、前記気筒内を往復動するピストンのスカート部であって、
前記スカート部の、前記気筒の内周壁と対峙する外周壁に前記張出形状部が設けられている、往復動ピストンエンジン。 A reciprocating piston engine having a piston that reciprocates in a cylinder and a crank mechanism,
The sliding structure according to any one of claims 1 to 3 ,
The first member is a cylinder partitioning the cylinder;
The second member is a piston skirt that reciprocates in the cylinder,
A reciprocating piston engine, wherein the projecting shape portion is provided on an outer peripheral wall of the skirt portion facing an inner peripheral wall of the cylinder.
JP2017041870A 2017-03-06 2017-03-06 Sliding structure and reciprocating piston engine Active JP6583315B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017041870A JP6583315B2 (en) 2017-03-06 2017-03-06 Sliding structure and reciprocating piston engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017041870A JP6583315B2 (en) 2017-03-06 2017-03-06 Sliding structure and reciprocating piston engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018145890A JP2018145890A (en) 2018-09-20
JP6583315B2 true JP6583315B2 (en) 2019-10-02

Family

ID=63591862

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017041870A Active JP6583315B2 (en) 2017-03-06 2017-03-06 Sliding structure and reciprocating piston engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6583315B2 (en)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6113019U (en) * 1984-06-28 1986-01-25 小松ゼノア株式会社 engine connecting rod
JPS62191954U (en) * 1986-05-28 1987-12-07
JPS62203946U (en) * 1986-06-13 1987-12-26
JP2006189012A (en) * 2005-01-07 2006-07-20 Toyota Motor Corp Piston
JP5939097B2 (en) * 2012-09-07 2016-06-22 トヨタ自動車株式会社 Connecting rod structure
JP6394485B2 (en) * 2015-05-08 2018-09-26 スズキ株式会社 Piston of internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018145890A (en) 2018-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6231781B2 (en) Different thickness coatings for cylinder liners
US8640669B2 (en) Piston for an internal combustion engine
JP2017110804A (en) Cylinder liner for internal combustion engine
EP2179162A2 (en) Piston with a skirt having oil flow slots
JP6275151B2 (en) Piston rings with different vertex lines
CN110462193B (en) Cylinder bore surface structure for opposed-piston engines
CN107687375B (en) Method for designing laser micro-modeling structure of inner wall of engine cylinder sleeve
JP6583315B2 (en) Sliding structure and reciprocating piston engine
JP6572925B2 (en) Reciprocating piston engine
EP3433480A1 (en) A cylinder sleeve for internal combustion engines
JP6465129B2 (en) Reciprocating piston engine
JP6206191B2 (en) Piston of internal combustion engine
JP6593373B2 (en) Piston structure of reciprocating piston engine
JP2020505505A (en) Copper alloy piston compression ring
JP6544370B2 (en) Reciprocating piston engine
JP2018087562A (en) Internal combustion engine
JP6406372B2 (en) Reciprocating piston engine and vehicle equipped with the same
JP6569696B2 (en) Reciprocating piston engine
US10578049B2 (en) Thermal barrier coating for engine combustion component
JP6569695B2 (en) Reciprocating piston engine
CN110953084A (en) Bore portion for receiving a reciprocating piston
JP6451761B2 (en) Reciprocating piston engine
WO2014120657A1 (en) Steel piston with fourth land guidance and improved friction characteristics
JP7409466B1 (en) internal combustion engine
JP6137441B2 (en) Piston of internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180323

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190305

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20190315

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190626

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190806

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190819

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6583315

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150