JP6468451B2

JP6468451B2 - Reciprocating piston engine

Info

Publication number: JP6468451B2
Application number: JP2017089419A
Authority: JP
Inventors: 崇勝足立
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2019-02-13
Anticipated expiration: 2037-04-28
Also published as: JP2018188970A

Description

本発明は、気筒内を往復動するピストンを備えた往復動ピストンエンジンに関する。 The present invention relates to a reciprocating piston engine having a piston that reciprocates in a cylinder.

従来より、エンジンの燃費性能を高めるために機械損失を低減することが検討されている。 Conventionally, it has been studied to reduce the mechanical loss in order to improve the fuel efficiency of the engine.

例えば、特許文献１には、気筒内を往復動するピストンを備えた往復動ピストンエンジンにおいて、ピストンの外周壁と気筒の内周壁との間に生じる摩擦抵抗を小さくし、これにより機械損失の低減を図ったものが開示されている。 For example, in Patent Document 1, in a reciprocating piston engine having a piston that reciprocates in a cylinder, the frictional resistance generated between the outer peripheral wall of the piston and the inner peripheral wall of the cylinder is reduced, thereby reducing mechanical loss. The thing which aimed at is disclosed.

具体的には、特許文献１のエンジンでは、前記摩擦抵抗を低減するためにピストンを気筒の内周壁から浮揚させるべく、微小な凹部が複数形成された被膜層をピストンの外周壁に設けてこれら凹部に動圧が生じるように構成されている。 Specifically, in the engine of Patent Document 1, in order to reduce the frictional resistance, a coating layer having a plurality of minute recesses is provided on the outer peripheral wall of the piston in order to lift the piston from the inner peripheral wall of the cylinder. It is comprised so that dynamic pressure may arise in a recessed part.

特開２０１６−１２１５９７号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-121597

しかしながら、前記各凹部に生じる動圧だけでは、ピストンの往復動時、特に、ピストンに係る負荷が高い場合において、ピストンを気筒の内周壁から適切に浮揚させることが困難となる。このため、機械損失の低減には限界がある。 However, only the dynamic pressure generated in each of the recesses makes it difficult to properly lift the piston from the inner peripheral wall of the cylinder during the reciprocating motion of the piston, particularly when the load on the piston is high. For this reason, there is a limit in reducing the mechanical loss.

本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、ピストンと気筒との間の摺動抵抗を低減させることができる往復動ピストンエンジンを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a reciprocating piston engine capable of reducing sliding resistance between a piston and a cylinder.

前記課題を解決するために、本発明は、内側に燃焼室が形成された気筒と、当該気筒内を往復動するピストンと、当該ピストンにピストンピンを介して当該ピストンピンの軸周りに搖動可能に連結されるコンロッドとを備えた往復動ピストンエンジンにおいて、前記ピストンは、前記気筒の内周面と隙間をおいて対峙する外周面を備え、前記気筒の内周面と前記ピストンの外周面との間には潤滑性流体が介在され、前記ピストンの外周面は、その往復動方向に沿った断面において前記気筒の内周面側に張り出す張出形状部を有し、前記張出形状部は、前記ピストンの摺動方向に離間して複数設けられ、且つ、前記ピストンの摺動方向について前記ピストンピンを挟む位置にそれぞれ設けられており、前記張出形状部は、最も張り出した部分となる頂部と、この頂部の前記ピストンの往復動方向の上流側と下流側とにそれぞれ配置されて前記気筒の内周面に対して最も離間した位置となる底部とを含む弓形形状に形成されており、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、前記底部における前記隙間を最大隙間ｈ２とするとき、ｈ２／ｈ１＝１．５〜５．０、の範囲に設定されており、前記張出形状部は、前記ピストンの外周面の全周にわたって設けられている、ことを特徴とする往復動ピストンエンジンを提供する（請求項１）。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is capable of swinging around the axis of the piston pin via a piston pin via a piston pin that reciprocates in the cylinder with a combustion chamber formed inside. In the reciprocating piston engine having a connecting rod connected to the cylinder, the piston has an outer peripheral surface facing the inner peripheral surface of the cylinder with a gap, and an inner peripheral surface of the cylinder and an outer peripheral surface of the piston. between the interposed lubricating fluid, the outer peripheral surface of the piston has a projecting shape portion protruding to the inner peripheral surface side of the cylinder in a cross section along the reciprocating direction, the overhanging shape portion a plurality are spaced apart from each other in the sliding direction of the piston, and, the sliding direction of the piston are respectively provided at positions sandwiching the piston pin, the overhanging shape section, the most overhanging portion That a top, forming a bottom for the farthest position relative to the inner circumferential surface of the front SL respectively disposed in the cylinder on the upstream side and the downstream side of the direction of reciprocation of the piston of the top portion including an arcuate shape In the projecting shape portion, when the gap at the top is the minimum gap h1 and the gap at the bottom is the maximum gap h2, h2 / h1 = 1.5 to 5.0. A reciprocating piston engine is provided, wherein the projecting shape portion is provided over the entire circumference of the outer peripheral surface of the piston.

このエンジンによれば、ピストンの外周面に前記張出形状部を設け、且つ、その寸法を前記のように設定することで、ピストンの往復動時において、その移動方向の下流側から張出形状部と気筒の内周面との間に流入した潤滑性流体を、張出形状部の頂部付近と気筒の内周面との間に閉じ込めることができる。そして、この潤滑性流体によって、張出形状部およびピストンの外周面を気筒の内周面に対して浮揚させることができる。特に、張出形状部がピストンの外周面の全周に設けられているため、潤滑性流体をより確実に張出形状部の頂部付近に閉じ込めることができる。従って、前記浮揚力を高めて、ピストンと気筒との間の摺動抵抗を低減できる。 According to this engine, by providing the protruding shape portion on the outer peripheral surface of the piston and setting the dimensions thereof as described above, the protruding shape is formed from the downstream side in the moving direction when the piston reciprocates. The lubricating fluid that has flowed in between the part and the inner peripheral surface of the cylinder can be confined between the vicinity of the top of the protruding portion and the inner peripheral surface of the cylinder. And with this lubricating fluid, the projecting shape portion and the outer peripheral surface of the piston can be levitated with respect to the inner peripheral surface of the cylinder. In particular, since the overhanging portion is provided on the entire outer periphery of the piston, the lubricating fluid can be more reliably confined near the top of the overhanging portion. Therefore, the levitation force can be increased and the sliding resistance between the piston and the cylinder can be reduced.

しかも、この構成によれば、ピストンがその往復動時に首振り（ピストンがピストンピンの軸回りに揺動したときに）したときに、摺動方向の複数の位置で浮揚力を発生させることができ、効果的に気筒の内周面とピストンの外周面との接触を回避することができる。従って、摺動抵抗をより確実に低減できる。 Moreover, according to this configuration, when the piston swings during reciprocation (when the piston swings around the axis of the piston pin), levitation force can be generated at a plurality of positions in the sliding direction. It is possible to effectively avoid contact between the inner peripheral surface of the cylinder and the outer peripheral surface of the piston. Therefore, sliding resistance can be reduced more reliably.

特に、前記張出形状部が、前記ピストンの摺動方向について前記ピストンピンを挟む位置にそれぞれ設けられていることで、より効果的に、ピストンの首振り時における気筒の内周面とピストンの外周面との接触を回避することができる。 In particular, the projecting shape portions are provided at positions sandwiching the piston pin in the sliding direction of the piston, so that the inner peripheral surface of the cylinder and the piston can be more effectively moved when the piston is swung. Contact with the outer peripheral surface can be avoided.

前記構成において、前記張出形状部は、前記ピストンの外周面の当該ピストンの摺動方向の両端部に設けられており、前記潤滑性流体は空気であるのが好ましい（請求項２）。 In the arrangement, the overhanging shape portion, said provided at both ends of the sliding direction of the piston of the outer peripheral surface of the piston, the lubricating fluid is preferably air (Claim 2).

この構成によれば、ピストンの首振り時に、気筒の内周面に最も近づきやすいピストンの摺動方向の両端部と気筒の内周面との接触を回避することができる。そのため、摺動抵抗をより確実に低減できる。しかも、この構成では、潤滑性流体が空気であるため、潤滑性流体が燃焼室に流入することに伴って排ガス性能が悪化するのを回避できる。従って、前記のように張出形状部をピストンの燃焼室側の端部に設けて摺動抵抗を低減しつつ、排ガス性能の悪化を回避できる。また、張出形状部がピストンの摺動方向について互いに離間して設けられていることで、張出形状部をピストンの外周面全体に設ける場合に比べてピストンを軽量化することができる。 According to this configuration, when the piston is swung, it is possible to avoid contact between both ends in the sliding direction of the piston that is most likely to approach the inner peripheral surface of the cylinder and the inner peripheral surface of the cylinder. Therefore, sliding resistance can be reduced more reliably. In addition, in this configuration, since the lubricating fluid is air, it is possible to avoid the exhaust gas performance from deteriorating as the lubricating fluid flows into the combustion chamber. Therefore, as described above, the overhanging shape portion is provided at the end portion on the combustion chamber side of the piston to reduce the sliding resistance while avoiding the deterioration of the exhaust gas performance. In addition, since the protruding shape portions are provided apart from each other in the sliding direction of the piston, the weight of the piston can be reduced as compared with the case where the protruding shape portion is provided on the entire outer peripheral surface of the piston.

前記構成において、前記ピストンのうち外周面に前記張出形状部が設けられた部分の材質と、前記気筒の内周面の材質とは、互いに同一であるのが好ましい（請求項３）。 In the above configuration, the material of the portion projecting shape portion is provided on the outer peripheral surface of the piston, and the material of the inner peripheral surface of the cylinder, preferably identical to one another (claim 3).

このようにすれば、熱膨張差に起因する前記最小隙間ｈ１および前記最大隙間ｈ２の変動を抑制することができ、これらの隙間をより確実に前記の適切な範囲に収めることができる。 In this way, fluctuations in the minimum gap h1 and the maximum gap h2 due to the difference in thermal expansion can be suppressed, and these gaps can be more reliably accommodated in the appropriate range.

前記構成において、前記張出形状部のスラスト側の部分は、前記ピストンの周方向に延びる複数の溝からなるミクロテクスチャ構造部を含み、前記ミクロテクスチャ構造部の前記溝の各々は、前記摺動方向について前記燃焼室と反対側が深く前記燃焼室側が浅くなる傾き面を有するのが好ましい（請求項４）。 In the above configuration, the thrust-side portion of the projecting shape portion includes a microtexture structure portion including a plurality of grooves extending in the circumferential direction of the piston, and each of the grooves of the microtexture structure portion is configured to slide. preferably has a slope surface opposite deeply the combustion chamber side to the combustion chamber for direction becomes shallower (claim 4).

このようにすれば、ミクロテクスチャ構造部の作用によって、燃焼時において、ピストンのスラスト側の部分であって気筒の内周面に近づきやすい部分をより確実に気筒の内周壁に対して浮揚させることができる。そのため、ピストンと気筒との間の摺動抵抗をより一層低減できる。 In this way, by the action of the micro-texture structure portion, the portion on the thrust side of the piston that is likely to approach the inner peripheral surface of the cylinder during combustion can be more reliably levitated from the inner peripheral wall of the cylinder. Can do. Therefore, the sliding resistance between the piston and the cylinder can be further reduced.

具体的には、燃焼に伴うピストンの下降時、前記潤滑性流体は、ピストンの外周面と気筒の内周面との間を反燃焼室側から燃焼室側に相対的に流れる。これに対して、前記ミクロテクスチャ構造部が備えるミクロサイズの溝の各々は、反燃焼室側が深く燃焼室側が浅くなる傾き面を有している。そのため、潤滑性流体は、前記傾き面によって比較的広い空間から比較的狭い空間に閉じ込められる動作を繰り返しながら燃焼室側に流れることになり、この閉じ込めの作用により、気筒の内周壁に対してピストンの外周面に大きな浮揚力を生じさせることができる。 Specifically, when the piston descends due to combustion, the lubricating fluid relatively flows from the anti-combustion chamber side to the combustion chamber side between the outer peripheral surface of the piston and the inner peripheral surface of the cylinder. On the other hand, each of the micro-sized grooves provided in the micro-texture structure has an inclined surface that is deeper on the anti-combustion chamber side and shallower on the combustion chamber side. Therefore, the lubricating fluid flows to the combustion chamber side while repeating the operation of being confined from a relatively wide space to a relatively narrow space by the inclined surface, and this confinement action causes the piston to move against the inner peripheral wall of the cylinder. A large levitation force can be generated on the outer peripheral surface of the.

ここで、燃焼に伴うピストンの下降時、ピストンには、スラスト側の部分に最も強い横方向の力（気筒の内周壁に近づく方向の力）が加えられるため、スラスト側の部分と気筒との摺動抵抗が高くなりやすい。これに対して、この構成では、ピストンのスラスト側の部分にミクロテクスチャ構造部が設けられている。従って、効果的に気筒とピストンとの摺動抵抗を低減できる。 Here, when the piston descends due to combustion, the strongest lateral force (force toward the inner peripheral wall of the cylinder) is applied to the thrust side portion of the piston, so the thrust side portion and the cylinder Sliding resistance tends to increase. On the other hand, in this configuration, the microtextured structure portion is provided in the thrust side portion of the piston. Therefore, the sliding resistance between the cylinder and the piston can be effectively reduced.

以上のように、本発明によれば、気筒の内周面に対してピストンをより確実に浮揚させてピストンと気筒との間の摺動抵抗を可及的に低減できる。 As described above, according to the present invention, the sliding resistance between the piston and the cylinder can be reduced as much as possible by floating the piston more reliably with respect to the inner peripheral surface of the cylinder.

往復動ピストンエンジンの、クランク軸と直交する断面における概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in the cross section orthogonal to a crankshaft of a reciprocating piston engine. 図１の要部拡大図であって、シリンダブロック及びピストンの断面図である。FIG. 2 is an enlarged view of a main part of FIG. 1 and is a cross-sectional view of a cylinder block and a piston. 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。It is the III-III sectional view taken on the line of FIG. ピストンの概略斜視図である。It is a schematic perspective view of a piston. 上側摺動部の周辺を拡大して示した概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which expanded and showed the circumference of the upper part sliding part. 張出形状部のプロファイルを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the profile of an overhang | projection shape part. 第１摺動面と第２摺動面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。It is a graph which shows the relationship between the clearance ratio which is ratio of the minimum clearance gap between the 1st sliding surface and the 2nd sliding surface, and the maximum clearance, and a load capacity coefficient. 図２の一部を拡大して示した図である。It is the figure which expanded and showed a part of FIG. 図８のＩＸ−ＩＸ線における断面を周方向に展開した図である。It is the figure which expanded the cross section in the IX-IX line of FIG. 8 in the circumferential direction. ミクロテクスチャ構造部における潤滑性流体の流れを模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the flow of the lubricating fluid in a micro texture structure part. 比較例に係るピストンの一部を示した概略斜視図である。It is the schematic perspective view which showed a part of piston concerning a comparative example. ピストンの首振り運動を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the swing motion of a piston. 変形例１に係るミクロテクスチャ構造部を示した断面図である。10 is a cross-sectional view showing a microtexture structure portion according to Modification Example 1. FIG. 変形例２に係るミクロテクスチャ構造部を示した断面図である。10 is a cross-sectional view showing a microtexture structure portion according to Modification 2. FIG.

（１）エンジンの全体構造
以下、図面に基づいて本発明の実施形態に係る往復動ピストンエンジンについて説明する。往復動ピストンエンジン１００は、気筒２内を往復動するピストン５と、コンロッド８を介してピストン５に連結されたクランク軸７とを備えたエンジンである。気筒２は、円筒面状の内周面を有している。図１は、往復動ピストンエンジン１００の、気筒軸Ｘ１（気筒２の中心軸）に沿い且つクランク軸７の中心軸（回転中心線）Ｘ２と直交する断面における概略断面図である。往復動ピストンエンジン１００は、例えば、図１の紙面と直交する方向に複数の気筒２が設けられた直列４気筒の４サイクルエンジンである。図２は、図１の一部を拡大して示した図である。 (1) Overall structure of engine Hereinafter, a reciprocating piston engine according to an embodiment of the present invention will be described based on the drawings. The reciprocating piston engine 100 is an engine that includes a piston 5 that reciprocates in the cylinder 2 and a crankshaft 7 that is connected to the piston 5 via a connecting rod 8. The cylinder 2 has a cylindrical inner peripheral surface. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a reciprocating piston engine 100 in a cross section along a cylinder axis X1 (center axis of cylinder 2) and orthogonal to a center axis (rotation center line) X2 of a crankshaft 7. The reciprocating piston engine 100 is, for example, an in-line four-cylinder four-cycle engine in which a plurality of cylinders 2 are provided in a direction orthogonal to the paper surface of FIG. FIG. 2 is an enlarged view of a part of FIG.

往復動ピストンエンジン１００は、気筒２が形成されたシリンダブロック３、シリンダブロック３に取付けられるシリンダヘッド４を備える。以下では、図１の上下方向であって気筒軸Ｘ１に沿う方向、つまり、気筒２に対するピストン５の往復動方向を上下方向といい、シリンダヘッド４側を上、シリンダブロック３側を下として説明する。また、適宜、図１の左右方向を左右方向として説明する。 The reciprocating piston engine 100 includes a cylinder block 3 in which a cylinder 2 is formed, and a cylinder head 4 attached to the cylinder block 3. In the following, the vertical direction in FIG. 1 and the direction along the cylinder axis X1, that is, the reciprocating direction of the piston 5 with respect to the cylinder 2 will be referred to as the vertical direction, and the cylinder head 4 side will be described as upper and the cylinder block 3 side as downward. To do. Moreover, the left-right direction of FIG. 1 is demonstrated as a left-right direction suitably.

気筒２内には、ピストン５の冠面５Ａと気筒２の内周壁（内周面、以下、適宜、気筒内周壁という）２Ａと、シリンダヘッド４の下面とによって燃焼室６が区画されている。シリンダヘッド４には、燃焼室６と連通する吸気ポート９及び排気ポート１０が形成されている。なお、図１では、これらポート９、１０開口部分を開閉する吸気バルブおよび排気バルブの図示は省略している。また、図１では、シリンダヘッド４に設けられる点火プラグ等の図示も省略している。 In the cylinder 2, a combustion chamber 6 is defined by a crown surface 5 A of the piston 5, an inner peripheral wall (an inner peripheral surface, hereinafter referred to as a cylinder inner peripheral wall) 2 A of the cylinder 2, and a lower surface of the cylinder head 4. . An intake port 9 and an exhaust port 10 communicating with the combustion chamber 6 are formed in the cylinder head 4. In FIG. 1, the intake valves and the exhaust valves that open and close the opening portions of the ports 9 and 10 are not shown. Further, in FIG. 1, illustration of a spark plug and the like provided in the cylinder head 4 is also omitted.

ピストン５には、コンロッド８の上端部８１が連結されている。具体的には、コンロッド８の上端部８１とピストン５とは、クランク軸７の中心軸Ｘ２と平行な方向に延びる円筒状のピストンピン５９によって連結されており、コンロッド８はピストン５に対してピストンピン５９の中心軸（軸）Ｘ３回りに搖動可能となっている。 An upper end portion 81 of a connecting rod 8 is connected to the piston 5. Specifically, the upper end portion 81 of the connecting rod 8 and the piston 5 are connected by a cylindrical piston pin 59 extending in a direction parallel to the central axis X 2 of the crankshaft 7, and the connecting rod 8 is connected to the piston 5. The piston pin 59 can swing around the central axis (axis) X3.

コンロッド８の下端部８２には、気筒軸Ｘ１と直交する方向に延びるクランク軸７が連結されている（エンジン１００が直列多気筒エンジンの場合は、クランク軸７は気筒の配列方向に延びている）。燃焼室６内で燃料と空気の混合気が燃焼すると、ピストン５とコンロッド８とが上下方向に往復動し、これに伴ってクランク軸７がその中心軸Ｘ２回りに回転する。 A crankshaft 7 extending in a direction perpendicular to the cylinder axis X1 is connected to the lower end portion 82 of the connecting rod 8 (when the engine 100 is an in-line multi-cylinder engine, the crankshaft 7 extends in the cylinder arrangement direction). ). When the fuel / air mixture burns in the combustion chamber 6, the piston 5 and the connecting rod 8 reciprocate in the vertical direction, and the crankshaft 7 rotates about the central axis X2 accordingly.

（２）ピストンの詳細構造
図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面の概略図である。図４は、ピストン５の概略斜視図である。 (2) Detailed Structure of Piston FIG. 3 is a schematic view of a cross section taken along line III-III in FIG. FIG. 4 is a schematic perspective view of the piston 5.

ピストン５は、その上端部を含む上側部分と下端部を含む下側部分とをそれぞれ構成する摺動部５１、５２と、これらの間に位置する連結部５３とを含む。本実施形態では、摺動部５１、５２と連結部５３とは、それぞれピストン５の上下方向のおよそ１／３の部分を構成するようになっている。 The piston 5 includes sliding portions 51 and 52 that respectively constitute an upper portion including an upper end portion thereof and a lower portion including a lower end portion thereof, and a connecting portion 53 positioned therebetween. In the present embodiment, the sliding portions 51 and 52 and the connecting portion 53 constitute approximately 1/3 of the vertical direction of the piston 5, respectively.

連結部５３には、ピストンピン５９が挿通されるピン孔５３ａが形成されており、上側の摺動部５１と下側の摺動部５２とは、ピストンピン５９を挟んで上下方向に離間するように配置されている。上側の摺動部５１（以下、適宜、上側摺動部５１という）は、燃焼室６の底面として機能するピストン冠面５Ａを有している。 A pin hole 53 a through which the piston pin 59 is inserted is formed in the connecting portion 53, and the upper sliding portion 51 and the lower sliding portion 52 are separated in the vertical direction with the piston pin 59 interposed therebetween. Are arranged as follows. The upper sliding portion 51 (hereinafter, appropriately referred to as the upper sliding portion 51) has a piston crown surface 5A that functions as the bottom surface of the combustion chamber 6.

（２−１）張出形状部
各摺動部５１、５２は、それぞれ、気筒内周壁２Ａと対峙する外周面５１Ｓ、５２Ｓであってピストン５の往復動に伴って気筒内周壁２Ａに沿って上下方向に摺動する外周面５１Ｓ、５２Ｓを有している。 (2-1) Projection-Shaped Part Each sliding part 51, 52 is an outer peripheral surface 51S, 52S facing the cylinder inner peripheral wall 2A, and along the cylinder inner peripheral wall 2A as the piston 5 reciprocates. It has the outer peripheral surfaces 51S and 52S which slide to an up-down direction.

各摺動部５１、５２の外周面５１Ｓ、５２Ｓと気筒内周壁２Ａとの間には、それぞれ隙間Ｇが形成されている。隙間Ｇを含むピストン５の外周面と気筒内周壁２Ａとの間には、潤滑性流体Ｆが介在している。本実施形態では、潤滑性流体Ｆは、空気（粘度＝１．８×１０^−５［Ｐａ・ｓ］）である。 A gap G is formed between the outer peripheral surfaces 51S and 52S of the sliding portions 51 and 52 and the cylinder inner peripheral wall 2A. A lubricating fluid F is interposed between the outer peripheral surface of the piston 5 including the gap G and the cylinder inner peripheral wall 2A. In the present embodiment, the lubricating fluid F is air (viscosity = 1.8 × 10 ⁻⁵ [Pa · s]).

上側摺動部５１と下側の摺動部５２（以下、適宜、下側摺動部５２という）とは、同じ構造を有しており、以下では、代表して上側摺動部５１について説明する。 The upper sliding portion 51 and the lower sliding portion 52 (hereinafter, appropriately referred to as the lower sliding portion 52) have the same structure, and the upper sliding portion 51 will be described below as a representative. To do.

図５は、図２の一部を拡大した図であって上側摺動部５１周辺を示した断面図である。上側摺動部５１の外周面である上側摺動面５１Ｓは、上下方向に沿う断面において、気筒内周壁２Ａ側に張り出す張出形状部Ｍを有している。ここでは、張出形状部Ｍが弓形形状を有する例を示している。また、本実施形態では、上側摺動面５１Ｓ全体が気筒内周壁２Ａ側に張り出しており、この全体が張出形状部Ｍとして機能している。 FIG. 5 is an enlarged view of a part of FIG. 2, and is a cross-sectional view showing the periphery of the upper sliding portion 51. The upper sliding surface 51S, which is the outer peripheral surface of the upper sliding portion 51, has an overhanging shape portion M that projects to the cylinder inner peripheral wall 2A side in a cross section along the vertical direction. Here, an example in which the projecting shape portion M has an arcuate shape is shown. Further, in the present embodiment, the entire upper sliding surface 51S protrudes toward the cylinder inner peripheral wall 2A, and this entire functions as the protruding shape portion M.

張出形状部Ｍは、上下方向の中央部に、最も気筒内周壁２Ａ側に張り出したマクロ側頂部（頂部）Ｐ１を有し、上下方向の両端部に、最も気筒内周壁２Ａ側への張り出しが小さいマクロ側底部（底部）Ｑ１、Ｑ２を有している。なお、図５等では理解を容易にするために、張出形状部Ｍ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。 The projecting shape portion M has a macro-side top portion (top portion) P1 that projects to the cylinder inner peripheral wall 2A side at the center in the vertical direction, and projects to the cylinder inner peripheral wall 2A side at both ends in the vertical direction. Have small macro side bottom portions (bottom portions) Q1 and Q2. In order to facilitate understanding in FIG. 5 and the like, the bow shape of the projecting shape portion M is drawn greatly exaggerated, and actually has an arc shape having a micron-order overhang that is difficult to distinguish visually.

張出形状部Ｍにおいて、ピストン５が往復動すると、周辺に存在する潤滑性流体Ｆは上側摺動面５１Ｓと気筒内周壁２Ａとの間の隙間Ｇに引き込まれる。行き場を失った潤滑性流体Ｆは、上側摺動面５１Ｓと気筒内周壁２Ａとの間を拡大させる方向に抗力を生じさせる。この抗力が、上側摺動面５１Ｓを気筒内周壁２Ａから浮揚させるように作用する。 When the piston 5 reciprocates in the projecting shape portion M, the lubricating fluid F present in the periphery is drawn into the gap G between the upper sliding surface 51S and the cylinder inner peripheral wall 2A. The lubricating fluid F that has lost its destination generates a drag in a direction in which the space between the upper sliding surface 51S and the cylinder inner peripheral wall 2A is enlarged. This drag acts to lift the upper sliding surface 51S from the cylinder inner peripheral wall 2A.

より具体的には、上側摺動面５１Ｓに上方向の速度Ｕ１が与えられたときには、矢印Ｙ２で示すように上側のマクロ側底部Ｑ２からマクロ側頂部Ｐ１に向かって潤滑性流体Ｆが隙間Ｇに入り込み、上側摺動面５１Ｓと気筒内周壁２Ａとの間に摺動浮揚力が生じる。一方、上側摺動面５１Ｓに下側の速度Ｕ２が与えられたときには、矢印Ｙ１で示すように下側のマクロ側底部Ｑ１からマクロ側頂部Ｐ１に向かって潤滑性流体Ｆが隙間Ｇに入り込み、これにより、上側摺動面５１Ｓと気筒内周壁２Ａとの間に摺動浮揚力が生じる。 More specifically, when the upward speed U1 is given to the upper sliding surface 51S, the lubricating fluid F is removed from the upper macro side bottom portion Q2 toward the macro side top portion P1 as shown by the arrow Y2. The sliding levitation force is generated between the upper sliding surface 51S and the cylinder inner peripheral wall 2A. On the other hand, when the lower speed U2 is given to the upper sliding surface 51S, the lubricating fluid F enters the gap G from the lower macro side bottom Q1 toward the macro side top P1, as indicated by the arrow Y1, Thereby, a sliding levitation force is generated between the upper sliding surface 51S and the cylinder inner peripheral wall 2A.

このように、張出形状部Ｍは、摺動部５１、５２の上下方向の全長を利用して摺動浮揚力を発生させる。 In this way, the protruding shape portion M generates a sliding levitation force by using the entire length of the sliding portions 51 and 52 in the vertical direction.

＜マクロプロファイル＞
張出形状部Ｍによる摺動浮揚の作用を効果的に発現させるためには、そのプロファイルを適正化する必要がある。このプロファイルにおいて重要となるのが、マクロ側頂部Ｐ１と気筒内周壁２Ａとの間の距離である最小隙間ｈ１と、マクロ側底部Ｑ１、Ｑ２と気筒内周壁２Ａとの間の距離である最大隙間ｈ２との比である隙間比ｈ２／ｈ１である。また、最小隙間ｈ１を、最適な範囲に設定することも肝要となる。この点を、図６の模式図を参照して説明する。 <Macro profile>
In order to effectively develop the sliding levitation action by the protruding shape portion M, it is necessary to optimize the profile. What is important in this profile is the minimum gap h1 which is the distance between the macro side top portion P1 and the cylinder inner peripheral wall 2A, and the maximum gap which is the distance between the macro side bottom portions Q1 and Q2 and the cylinder inner peripheral wall 2A. The gap ratio h2 / h1 is a ratio to h2. It is also important to set the minimum gap h1 within an optimum range. This point will be described with reference to the schematic diagram of FIG.

以下の説明では、所定の被摺動部材Ａの被摺動面ＳＡに沿って、傾き面からなる摺動面ＳＢを有する摺動部材Ｂが摺動方向Ｈ１へ摺動するときについて説明する。摺動面ＳＢは、被摺動面ＳＡに最も近い部分となる頂部Ｐと、頂部Ｐの摺動方向Ｈ１の下流側に配置され被摺動面ＳＡに対して最も遠い底部Ｑとを有し、摺動方向Ｈ１の上流側から下流側に向かって被摺動面ＳＡから徐々に離間する形状を有している。 In the following description, the case where the sliding member B having the sliding surface SB formed of the inclined surface slides in the sliding direction H1 along the sliding surface SA of the predetermined sliding member A will be described. The sliding surface SB has a top portion P that is the portion closest to the sliding surface SA, and a bottom portion Q that is disposed on the downstream side in the sliding direction H1 of the top portion P and is farthest from the sliding surface SA. The shape is gradually separated from the sliding surface SA from the upstream side to the downstream side in the sliding direction H1.

摺動部材Ｂが摺動方向Ｈ１へ速度Ｕで摺動しているとき、摺動面ＳＢと被摺動面ＳＡとの間に生じる摺動浮揚力Ｗは、次の式（１）により求めることができる。 When the sliding member B slides in the sliding direction H1 at the speed U, the sliding levitation force W generated between the sliding surface SB and the sliding surface SA is obtained by the following equation (1). be able to.

式（１）において、ηは摺動面ＳＢと被摺動面ＳＡとの間に介在する潤滑性流体Ｆの粘度、Ｂは摺動面ＳＢの摺動方向の長さ（図６における頂部Ｐから底部Ｑまでの長さ）、Ｃは摺動面ＳＢの摺動方向Ｈ１と直交する方向の長さ（図６の紙面と直交する方向の長さ）、Ｕは摺動面ＳＢの摺動速度である。ｈ１は、最小隙間であって、頂部Ｐと被摺動面ＳＡとの間の距離、つまり、摺動面ＳＢと被摺動面ＳＡとの間の隙間Ｇの最小値である。ｍは、前述の隙間比であって、底部Ｑと被摺動面ＳＡとの間の距離、つまり、隙間Ｇの最大値を最大隙間ｈ２としたときの、最小隙間ｈ１と最大隙間ｈ２との比率であり、ｍ＝ｈ２／ｈ１で表される。 In the formula (1), η is the viscosity of the lubricating fluid F interposed between the sliding surface SB and the sliding surface SA, and B is the length of the sliding surface SB in the sliding direction (the top portion P in FIG. 6). C is the length in the direction perpendicular to the sliding direction H1 of the sliding surface SB (the length in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 6), and U is the sliding of the sliding surface SB. Speed. h1 is the minimum gap, which is the distance between the top portion P and the sliding surface SA, that is, the minimum value of the gap G between the sliding surface SB and the sliding surface SA. m is the aforementioned gap ratio, and is the distance between the bottom Q and the sliding surface SA, that is, the minimum gap h1 and the maximum gap h2 when the maximum value of the gap G is the maximum gap h2. It is a ratio and is represented by m = h2 / h1.

式（１）において、第２項目を負荷容量係数Ｋｗとすると（Ｋｗ＝６／（ｍ−１）^２｛ｌｎｍ−２（ｍ−１）／（ｍ＋１）｝）、摺動浮揚力Ｗはこの負荷容量係数Ｋｗに比例することになる。 In equation (1), if the second item is the load capacity coefficient Kw (Kw = 6 / (m−1) ² {lnm−2 (m−1) / (m + 1)}), the sliding levitation force W is This is proportional to the load capacity coefficient Kw.

図７は、負荷容量係数Ｋｗと隙間比ｍとの関係を示したグラフである。このグラフに示されるように、摺動浮揚力Ｗは、隙間比ｍが２．２のときに最大となり、隙間比ｍがこの値から離間するほど小さくなる。この知見より、隙間比ｍを２．２近傍に設定すれば高い摺動浮揚力Ｗを得ることができる。具体的には、隙間比ｍを１．５〜５．０の範囲とすることで、摺動浮揚力Ｗを、図７のラインＣ以上とすることができる。この場合、摺動浮揚力Ｗとして、その最大値（隙間比ｍが２．２のときの値）の６０％以上となる高い値を得ることができる。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the load capacity coefficient Kw and the gap ratio m. As shown in this graph, the sliding levitation force W becomes maximum when the gap ratio m is 2.2, and becomes smaller as the gap ratio m is separated from this value. From this finding, a high sliding levitation force W can be obtained if the gap ratio m is set in the vicinity of 2.2. Specifically, by setting the gap ratio m in the range of 1.5 to 5.0, the sliding levitation force W can be made equal to or higher than the line C in FIG. In this case, as the sliding levitation force W, a high value that is 60% or more of the maximum value (value when the gap ratio m is 2.2) can be obtained.

式（１）に基づくと、最小隙間ｈ１が小さいほど摺動浮揚力Ｗは大きくなる。しかし、小さすぎる最小隙間ｈ１は、被摺動面ＳＡと摺動面ＳＢとの間に生じる摩擦係数を大きくする。つまり、最小隙間ｈ１について、前記摩擦係数を小さく抑えることのできる最適な範囲が存在する。前記摩擦係数の大小は、摺動面ＳＢの摺動浮揚時における摩擦の大小に相当し、摩擦係数が小さいほど良好な摺動浮揚が実現できる。この観点から、望ましい最小隙間ｈ１は、０．５μｍ〜２．０μｍの範囲である。ｈ１が２．０μｍを超過すると、上掲の式（１）より、摺動浮揚力Ｗが小さくなる傾向が顕著となる。一方、ｈ１が０．５μｍを下回ると、前記摩擦係数が大きくなり、良好な摺動浮揚を阻害する傾向が顕著となる。 Based on equation (1), the sliding levitation force W increases as the minimum gap h1 decreases. However, the minimum gap h1 that is too small increases the coefficient of friction generated between the sliding surface SA and the sliding surface SB. That is, there exists an optimum range in which the friction coefficient can be kept small for the minimum gap h1. The magnitude of the friction coefficient corresponds to the magnitude of friction during sliding levitation of the sliding surface SB. The smaller the friction coefficient, the better the sliding levitation can be realized. From this viewpoint, the desirable minimum gap h1 is in the range of 0.5 μm to 2.0 μm. When h1 exceeds 2.0 μm, the tendency of the sliding levitation force W to become smaller becomes significant from the above equation (1). On the other hand, when h1 is less than 0.5 μm, the coefficient of friction increases, and the tendency to inhibit good sliding levitation becomes significant.

以上より、上側摺動部５１、下側摺動部５２に設けられた張出形状部Ｍのプロファイルとしては、
隙間比ｍ＝ｈ２／ｈ１＝１．５〜５．０
の範囲に設定することが望ましい。さらには、
最小隙間ｈ１＝０．５μｍ〜２．０μｍ
の範囲に設定することが望ましい。最大隙間ｈ２、及び最大隙間ｈ２と最小隙間ｈ１との差分ｈ２−ｈ１である山高さＤＡは、ｈ１及びｍが設定されることにより、自ずと決定される。好ましい山高さＤＡは、（ｈ１＿ｍｉｎ×ｍ＿ｍｉｎ−ｈ１＿ｍｉｎ）〜（ｈ１＿ｍａｘ×ｍ＿ｍａｘ−ｈ１＿ｍａｘ）より、０．２５μｍ〜８．０μｍの範囲である。 From the above, as the profile of the protruding shape portion M provided in the upper sliding portion 51 and the lower sliding portion 52,
Gap ratio m = h2 / h1 = 1.5-5.0
It is desirable to set it within the range. Moreover,
Minimum gap h1 = 0.5 μm to 2.0 μm
It is desirable to set it within the range. The peak height DA, which is the maximum gap h2, and the difference h2-h1 between the maximum gap h2 and the minimum gap h1, is naturally determined by setting h1 and m. A preferable peak height DA is in the range of 0.25 μm to 8.0 μm from (h1_min × m_min−h1_min) to (h1_max × m_max−h1_max).

なお、望ましい最小隙間ｈ１は、摺動部材Ｂつまり張出形状部Ｍおよびピストン５が現に摺動動作を実行している際に望まれる隙間である。そのため、ピストン５が摺動動作に伴って熱膨張した状態で上記の最小隙間ｈ１が確保されるよう、常温設計値を定めることが望ましい。 The desired minimum gap h1 is a gap that is desired when the sliding member B, that is, the overhanging portion M and the piston 5 are actually performing a sliding operation. Therefore, it is desirable to determine the normal temperature design value so that the minimum gap h1 is ensured in a state where the piston 5 is thermally expanded with the sliding operation.

また、張出形状部Ｍと気筒内周壁２Ａとの間に生じる熱膨張差が大きいと、最小隙間ｈ１および最大隙間ｈ２の変動が大きくなってしまう。そこで、本実施形態では、張出形状部Ｍを備える各摺動部５１、５２の材質と、気筒内周壁２Ａの材質とを、互いに同一としている。 Further, if the difference in thermal expansion generated between the projecting shape portion M and the cylinder inner peripheral wall 2A is large, fluctuations in the minimum gap h1 and the maximum gap h2 become large. Therefore, in the present embodiment, the material of the sliding portions 51 and 52 including the protruding shape portion M and the material of the cylinder inner peripheral wall 2A are the same.

また、気筒内周壁２Ａは、平滑度が高い面であることが望ましい。換言すると、最小隙間ｈ１は、気筒内周壁２Ａの表面粗さよりも大きい値に設定されていることが望ましい。これは、摺動浮揚時において、摺動部５１、５２の外周面５１Ｓ、５２Ｓと気筒内周壁２Ａとが接触しないようにするためである。例えば、気筒内周壁２Ａの表面粗さ（算術平均粗さＲａ）が０．６μｍである場合、最小隙間ｈ１を０．５μｍに設定すると、摺動部５１、５２の外周面５１Ｓ、５２Ｓが気筒内周壁２Ａに接触し得る。この接触を回避できるよう、最小隙間ｈ１は、気筒内周壁２Ａの表面粗さの２倍程度以上に設定することが望ましい。 Further, the cylinder inner peripheral wall 2A is desirably a surface having high smoothness. In other words, it is desirable that the minimum gap h1 is set to a value larger than the surface roughness of the cylinder inner peripheral wall 2A. This is to prevent the outer peripheral surfaces 51S and 52S of the sliding portions 51 and 52 from contacting the cylinder inner peripheral wall 2A during sliding levitation. For example, when the surface roughness (arithmetic average roughness Ra) of the cylinder inner peripheral wall 2A is 0.6 μm, the outer peripheral surfaces 51S and 52S of the sliding portions 51 and 52 are cylinders when the minimum gap h1 is set to 0.5 μm. It can contact the inner peripheral wall 2A. In order to avoid this contact, it is desirable that the minimum gap h1 is set to about twice or more the surface roughness of the cylinder inner peripheral wall 2A.

このようにプロファイルが設定された張出形状部Ｍは、各摺動部５１、５２の周方向全体（ピストン５の周方向の全体）にわたって設けられている。つまり、各摺動部５１、５２の上下方向の中央部分はその全周にわたって最も気筒内周壁２Ａ側に張り出しており、各摺動部５１、５２の外周面５１Ｓ、５２Ｓは、その全周にわたってこの中央部分から上方および下方に向かって気筒内周壁２Ａから徐々に離間している。 The overhanging shape portion M in which the profile is set in this way is provided over the entire circumferential direction of the sliding portions 51 and 52 (the entire circumferential direction of the piston 5). That is, the center part in the up-down direction of each sliding part 51, 52 protrudes to the cylinder inner peripheral wall 2A side over the entire circumference, and the outer peripheral surfaces 51S, 52S of each sliding part 51, 52 extend over the entire circumference. The cylinder is gradually separated from the cylinder inner peripheral wall 2A upward and downward from the central portion.

（２−２）ミクロテクスチャ構造部
各摺動部５１、５２の外周面５１Ｓ、５２Ｓのうちスラスト側の部分には、張出形状部Ｍに加え、ピストン５の往復動時、つまり、気筒内周壁２Ａに対する各摺動部５１、５２の上下方向の摺動時に、これら外周面５１Ｓ、５２Ｓを気筒内周壁２Ａに対して浮揚させるためのミクロテクスチャ構造部４０が備えられている。つまり、各摺動部５１、５２の外周面５１Ｓ，５２Ｓのうちスラスト側の部分については、張出形状部Ｍのマクロプロファイルによって創出される浮揚をアシストするために、ミクロテクスチャ構造部４０が重畳的に配置されている。 (2-2) Micro-textured structure portion In the thrust side portion of the outer peripheral surfaces 51S and 52S of the sliding portions 51 and 52, in addition to the protruding shape portion M, when the piston 5 reciprocates, that is, in the cylinder A micro-texture structure 40 is provided to float the outer peripheral surfaces 51S and 52S with respect to the cylinder inner peripheral wall 2A when the sliding portions 51 and 52 slide in the vertical direction with respect to the peripheral wall 2A. That is, the micro-texture structure portion 40 is superimposed on the thrust side portion of the outer peripheral surfaces 51S and 52S of the sliding portions 51 and 52 in order to assist the levitation created by the macro profile of the projecting shape portion M. Are arranged.

図１の例では、燃焼室６内での燃焼に伴って上死点付近に位置するピストン５に下向きの力が加えられると破線に示すようにコンロッド８の下端部８２がピストンピン５１の中心軸Ｘ３に対して右側に移動してクランク軸７が時計回りに回転するようになっている。従って、図１において、左側がクランク軸７の回転方向の上流側およびスラスト側であり、右側がクランク軸７の回転方向の下流側および反スラスト側である。つまり、上死点付近に位置するピストン５に下向きの力が加えられたとき、コンロッド８には、この力のうち右斜め下方に延びるコンロッド８の軸線に沿う右斜め下向きの成分が加えられ、ピストン５には左向きの力（いわゆる横方向に作用するスラスト力）が加えられることになる。従って、ピストン５は、爆発力を受けて下降するときに、前記スラスト力の作用によってスラスト側に変位しやすく、ピストン５のうちスラスト側の部分は特に気筒内周壁２Ａと接触しやすい。そこで、本実施形態では、前記のように、各摺動部５１、５２の外周面５１Ｓ、５２Ｓのうちスラスト側の部分にミクロテクスチャ構造部４０を設けて、摺動部５１、５２の外周面５１Ｓ、５２Ｓのスラスト側の部分により高い浮揚力を付与するようにしている。 In the example of FIG. 1, when a downward force is applied to the piston 5 located near the top dead center with combustion in the combustion chamber 6, the lower end portion 82 of the connecting rod 8 is positioned at the center of the piston pin 51 as indicated by a broken line. The crankshaft 7 is rotated clockwise by moving to the right with respect to the axis X3. Therefore, in FIG. 1, the left side is the upstream side and the thrust side in the rotational direction of the crankshaft 7, and the right side is the downstream side and the anti-thrust side in the rotational direction of the crankshaft 7. That is, when a downward force is applied to the piston 5 located in the vicinity of the top dead center, a right diagonally downward component along the axis of the connecting rod 8 extending diagonally downward to the right is applied to the connecting rod 8. A leftward force (a so-called lateral thrust force) is applied to the piston 5. Therefore, when the piston 5 descends due to the explosive force, it is easily displaced to the thrust side by the action of the thrust force, and the portion on the thrust side of the piston 5 is particularly likely to come into contact with the cylinder inner peripheral wall 2A. Therefore, in the present embodiment, as described above, the microtexture structure portion 40 is provided on the thrust side portion of the outer peripheral surfaces 51S and 52S of the sliding portions 51 and 52, and the outer peripheral surfaces of the sliding portions 51 and 52 are provided. A higher levitation force is applied to the thrust side portions of 51S and 52S.

ここで、本実施形態では、図２に示す断面において、ピストンピン５１の中心軸Ｘ３は、ピストン５の中心線Ｘ４に対して右側つまり反スラスト側にずれており、燃焼の爆発力が効果的にクランク軸７に伝達されるようになっている。つまり、ピストン５が上死点付近において前記爆発力を受けて押し下げられるとき、図１および図２に示す断面において、コンロッド８の軸線はピストンピン５１の中心軸Ｘ３上の点から右斜め下側に傾斜する。そのため、ピストンピン５１の中心軸Ｘ３を前記のように配置すれば、ピストン５が前記のように押し下げられる際に、爆発力を受けるピストン５の冠面５Ａとコンロッド８の軸線とのなす角度がより直角に近くなるように、ピストン５を傾けること（図１および図２において反時計回りであってクランク軸７の回転方向と反対方向に傾けること）ができ、コンロッド８およびクランク軸７に爆発力を効率よく伝達することができる。 Here, in the present embodiment, in the cross section shown in FIG. 2, the center axis X3 of the piston pin 51 is shifted to the right side, that is, the anti-thrust side with respect to the center line X4 of the piston 5, and the combustion explosive force is effective. Is transmitted to the crankshaft 7. That is, when the piston 5 is pushed down by receiving the explosive force in the vicinity of the top dead center, the axis of the connecting rod 8 is diagonally downward to the right from the point on the central axis X3 of the piston pin 51 in the cross section shown in FIGS. Inclined to. Therefore, if the central axis X3 of the piston pin 51 is arranged as described above, when the piston 5 is pushed down as described above, the angle formed between the crown surface 5A of the piston 5 that receives explosive force and the axis of the connecting rod 8 is increased. The piston 5 can be tilted so as to be closer to a right angle (inclined counterclockwise in FIGS. 1 and 2 and opposite to the rotation direction of the crankshaft 7), and the connecting rod 8 and the crankshaft 7 are exploded. Power can be transmitted efficiently.

ただし、このように構成すると、ピストン５がよりスラスト側に変位しやすくなる。従って、この観点からも本実施形態では摺動部５１、５２の外周面５１Ｓ、５２Ｓのスラスト側の部分により高い浮揚力を付与するようにしている。換言すれば、ミクロテクスチャ構造部４０を摺動部５１、５２の外周面５１Ｓ、５２Ｓのスラスト側の部分に設けてこの部分の浮揚力を高めることで、クランク軸７に爆発力を効率よく伝達しながら、摺動部５１、５２の外周面５１Ｓ、５２Ｓと気筒内周壁２Ａとの間の摺動抵抗を小さく抑えるようにしている。 However, if comprised in this way, it will become easy to displace the piston 5 to the thrust side more. Therefore, also from this viewpoint, in this embodiment, a high levitation force is applied to the thrust side portions of the outer peripheral surfaces 51S and 52S of the sliding portions 51 and 52. In other words, the microtexture structure 40 is provided on the thrust side portions of the outer peripheral surfaces 51S and 52S of the sliding portions 51 and 52 to increase the floating force of these portions, thereby efficiently transmitting the explosive force to the crankshaft 7. However, the sliding resistance between the outer peripheral surfaces 51S and 52S of the sliding portions 51 and 52 and the cylinder inner peripheral wall 2A is kept small.

本実施形態では、前記のように上側摺動部５１と下側摺動部５２とは互いに同じ構造を有しており、それぞれに形成されるミクロテクスチャ構造部４０も同じ構造を有している。 In the present embodiment, as described above, the upper sliding portion 51 and the lower sliding portion 52 have the same structure, and the microtexture structure portion 40 formed in each has the same structure. .

ミクロテクスチャ構造部４０は、図３に示すように、各摺動部５１、５２の外周面５１Ｓ、５２Ｓのうち左端部となる部分Ｒ１（クランク軸７の中心軸Ｘ２および上下方向と直交する方向において、上死点からピストン５が下降した際にコンロッド８の下端部８２が移動する側と反対側の端部）からピストン５の周方向の両側に延びる領域に設けられている。例えば、前記部分Ｒ１から周方向一方側および他方側に向かって３０度を超えるまでの領域にミクロテクスチャ構造部４０が設けられている。なお、この角度θ１０は３０度に限らず例えば９０度以下の所定の角度に設定される。 As shown in FIG. 3, the microtextured structure portion 40 is a portion R1 (a direction orthogonal to the central axis X2 of the crankshaft 7 and the vertical direction) that is the left end portion of the outer peripheral surfaces 51S, 52S of the sliding portions 51, 52. , The lower end portion 82 of the connecting rod 8 moves from the top dead center to the opposite side of the connecting rod 8, and is provided in a region extending on both sides in the circumferential direction of the piston 5. For example, the microtexture structure portion 40 is provided in a region from the portion R1 to more than 30 degrees toward one side and the other side in the circumferential direction. The angle θ10 is not limited to 30 degrees and is set to a predetermined angle of 90 degrees or less, for example.

一方、本実施形態では、上下方向については、ミクロテクスチャ構造部４０は各摺動部５１、５２の全体にわたって設けられている。 On the other hand, in the present embodiment, the microtexture structure portion 40 is provided over the entire sliding portions 51 and 52 in the vertical direction.

図８は、図２の一部を拡大した図であってミクロテクスチャ構造部４０を拡大して示した断面図である。図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線における断面を周方向に展開した図である。 FIG. 8 is an enlarged view of a part of FIG. 2, and is a cross-sectional view showing the microtexture structure portion 40 in an enlarged manner. FIG. 9 is a diagram in which a cross section taken along line IX-IX in FIG. 8 is developed in the circumferential direction.

ミクロテクスチャ構造部４０は、各摺動部５１、５２に形成されたピストン５の周方向（つまり上下方向と直交する方向）に延びる複数の溝４１からなる。各溝４１は、ミクロンオーダーの溝幅を有する微小な溝であり、上下方向に所定のピッチで配列されている。なお、溝４１の延びる方向は、上下方向に対して完全に直交する方向でなくとも良く、後述する浮揚の効果が得られる限りにおいて前記直交方向から傾いていても良い。例えば、前記直交方向に対して１０°〜２０°程度傾いた方向に延びる溝４１であっても良い。 The microtextured structure portion 40 includes a plurality of grooves 41 extending in the circumferential direction of the piston 5 formed in each of the sliding portions 51 and 52 (that is, the direction orthogonal to the vertical direction). Each groove 41 is a minute groove having a groove width on the order of microns, and is arranged at a predetermined pitch in the vertical direction. The direction in which the groove 41 extends may not be completely orthogonal to the vertical direction, and may be inclined from the orthogonal direction as long as the effect of levitation described later is obtained. For example, the groove 41 may extend in a direction inclined by about 10 ° to 20 ° with respect to the orthogonal direction.

＜溝の構造及び作用＞
この実施形態では、ミクロテクスチャ構造部４０が備える複数の溝４１は、上下方向に沿う断面において、鋸歯形状を形成している。 <Groove structure and action>
In this embodiment, the plurality of grooves 41 included in the microtexture structure portion 40 form a sawtooth shape in a cross section along the vertical direction.

具体的には、気筒２の内周壁２Ａは、上下方向に沿う断面において上下方向に延びる面であり、溝４１の各々は、気筒内周壁２Ａに最も近い部分であるミクロ側頂部４２と、最も遠い部分であるミクロ側底部４３と、ミクロ側頂部４２とミクロ側底部４３との間の傾き面４４とを備える。傾き面４４は、下側（反燃焼室側）が深く、上側（燃焼室側）が浅くなる傾き面である。なお、図８、図１０における上流および下流は、ピストン５が下降しているときのピストン５の移動方向の上流および下流を表している。 Specifically, the inner peripheral wall 2A of the cylinder 2 is a surface extending in the vertical direction in the cross section along the vertical direction, and each of the grooves 41 has the micro side top portion 42 that is the portion closest to the cylinder inner peripheral wall 2A and the most. The micro side bottom part 43 which is a distant part, and the inclined surface 44 between the micro side top part 42 and the micro side bottom part 43 are provided. The inclined surface 44 is an inclined surface in which the lower side (anti-combustion chamber side) is deep and the upper side (combustion chamber side) is shallow. 8 and 10 represent upstream and downstream in the moving direction of the piston 5 when the piston 5 is descending.

一つの溝４１の開口縁は、上側の開口縁である上側縁部４１Ｕと下側の開口縁である下側縁部４１Ｄとを含む。これら縁部４１Ｕ、４１Ｄは、上下方向に隣接する一対のミクロ側頂部４２でもある。換言すると、一つの溝４１のミクロ側頂部４２が、この一つの溝４１の上側に隣接する溝４１の下側縁部４１Ｄを兼ねている。つまり、隣接する溝４１間にプラトー部のような平面部は存在せず、複数の溝４１が上下方向に連設されている。従って、溝ピッチＬ１は、上側縁部４１Ｕと下側縁部４１Ｄとの間の上下方向の長さ（溝幅）と同じである。 The opening edge of one groove 41 includes an upper edge 41U that is an upper opening edge and a lower edge 41D that is a lower opening edge. These edge parts 41U and 41D are also a pair of micro side top parts 42 adjacent to the up-down direction. In other words, the micro side top portion 42 of one groove 41 also serves as the lower edge portion 41 D of the groove 41 adjacent to the upper side of the one groove 41. That is, there is no flat portion such as a plateau portion between adjacent grooves 41, and a plurality of grooves 41 are continuously provided in the vertical direction. Accordingly, the groove pitch L1 is the same as the length (groove width) in the vertical direction between the upper edge 41U and the lower edge 41D.

溝４１は、下側縁部４１Ｄとミクロ側底部４３との間の第１面４５と、上側縁部４１Ｕとミクロ側底部４３との間の第２面４６とを有している。第１面４５は気筒内周壁２Ａと直交して、ピストン５の周方向に延びる平面である。第２面４６は、気筒２の内周壁２Ａに対して傾きを持ちピストン５の周方向に延びる平面である。ただし、第２面４６は、第１面４５のような直交面ではなく、比較的緩い傾きを持つ平面である。本実施形態では、第２面４６が前述の傾き面４４である。また、第２面４６（傾き面４４）の上下方向の幅が溝幅（溝ピッチＬ１）と一致している。 The groove 41 has a first surface 45 between the lower edge portion 41 D and the micro side bottom portion 43, and a second surface 46 between the upper edge portion 41 U and the micro side bottom portion 43. The first surface 45 is a flat surface extending in the circumferential direction of the piston 5 orthogonal to the cylinder inner peripheral wall 2A. The second surface 46 is a flat surface that is inclined with respect to the inner peripheral wall 2 A of the cylinder 2 and extends in the circumferential direction of the piston 5. However, the second surface 46 is not an orthogonal surface like the first surface 45 but a plane having a relatively gentle inclination. In the present embodiment, the second surface 46 is the inclined surface 44 described above. Further, the vertical width of the second surface 46 (inclined surface 44) matches the groove width (groove pitch L1).

複数の溝４１は、微小な切削刃を用いた各種の切削加工によって形成することができる。例えば、ピストン５を旋盤で回転させながら切削刃を摺動部５１、５２の外周面５１Ｓ、５２Ｓに当接させることで、必要な溝４１を形成することができる。なお、摺動部５１、５２の外周面５１Ｓ、５２Ｓの一部の領域にのみ溝４１を設ける場合には、微小な切削刃を楕円又は円の軌跡を描きながら摺動部５１、５２の外周面５１Ｓ、５２Ｓに当接させる楕円振動切削加工によって、必要な溝４１を形成することができる。 The plurality of grooves 41 can be formed by various cutting processes using a minute cutting blade. For example, the necessary groove 41 can be formed by bringing the cutting blade into contact with the outer peripheral surfaces 51S and 52S of the sliding portions 51 and 52 while rotating the piston 5 with a lathe. In addition, when providing the groove | channel 41 only in the one part area | region of the outer peripheral surfaces 51S and 52S of the sliding parts 51 and 52, the outer periphery of the sliding parts 51 and 52 while drawing the locus | trajectory of an ellipse or a circle with a fine cutting blade Necessary grooves 41 can be formed by elliptical vibration cutting to be brought into contact with the surfaces 51S and 52S.

図１０は、図８に対応する図であって、ピストン５の下降時の潤滑性流体Ｆの流れＦＡを模式的に示した断面図である。ピストン５が下方に移動すると、気筒内周壁２Ａと摺動部５１、５２の外周面５１Ｓ、５２Ｓとの間の隙間Ｇには、それぞれ潤滑性流体Ｆがピストン５の移動方向の下流側である下側から上側へ向けて相対的に流れ込み、隙間Ｇには下側から上側へ流れる流れＦＡが形成される。この流れＦＡは層流である。 FIG. 10 is a view corresponding to FIG. 8 and is a cross-sectional view schematically showing the flow FA of the lubricating fluid F when the piston 5 is lowered. When the piston 5 moves downward, the lubricating fluid F is on the downstream side in the moving direction of the piston 5 in the gaps G between the cylinder inner peripheral wall 2A and the outer peripheral surfaces 51S, 52S of the sliding portions 51, 52. A flow FA that flows relatively from the lower side to the upper side and flows from the lower side to the upper side is formed in the gap G. This flow FA is a laminar flow.

ここで、溝４１の各々は、前記のように下側が深く上側が浅くなる傾き面４４を有する。従って、ピストン５の下降時において、前記層流ＦＡは、比較的広い空間から比較的狭い空間に閉じ込められる動作を繰り返しながら流れる。つまり、上側に向かうに連れて気筒内周壁２Ａとの隙間Ｇを狭くする傾き面４４によって、流れＦＡは徐々に狭い空間へ閉じ込められ、密度が高められる。このような閉じ込めの作用により、摺動部５１、５２の外周面５１Ｓ、５２Ｓには気筒内周壁２Ａから離間する方向の力つまり気筒内周壁２Ａに対して浮揚する大きな浮揚力が付与されることになる。そして、これにより、摺動部５１、５２の外周面５１Ｓ、５２Ｓと気筒内周壁２Ａとの間の摺動抵抗が低減される。 Here, each of the grooves 41 has the inclined surface 44 in which the lower side is deep and the upper side is shallow as described above. Therefore, when the piston 5 descends, the laminar flow FA flows while repeating the operation of being confined in a relatively narrow space from a relatively large space. That is, the flow FA is gradually confined in a narrow space by the inclined surface 44 that narrows the gap G with the cylinder inner peripheral wall 2A as it goes upward, and the density is increased. By such a confinement action, the outer peripheral surfaces 51S and 52S of the sliding portions 51 and 52 are given a force in a direction away from the cylinder inner peripheral wall 2A, that is, a large levitation force that floats with respect to the cylinder inner peripheral wall 2A. become. As a result, the sliding resistance between the outer peripheral surfaces 51S and 52S of the sliding portions 51 and 52 and the cylinder inner peripheral wall 2A is reduced.

特に、本実施液体では、前記のようにピストン５が下方に移動する際に潤滑性流体Ｆが気筒内周壁２Ａと摺動部５１、５２の外周面５１Ｓ、５２Ｓとの間に閉じ込められるようになっており、燃焼に伴ってピストン５が下降した際の摺動抵抗をミクロテクスチャ構造部４０により低減することができる。 In particular, in this embodiment liquid, the lubricating fluid F is confined between the cylinder inner peripheral wall 2A and the outer peripheral surfaces 51S and 52S of the sliding portions 51 and 52 when the piston 5 moves downward as described above. Thus, the sliding resistance when the piston 5 descends with combustion can be reduced by the microtexture structure portion 40.

＜ミクロテクスチャ構造部のプロファイル＞
このマクロプロファイルについても、図６、図７及び式（１）に示した技術思想を適用することができる。すなわち、ミクロ側頂部４２と気筒内周壁２Ａとの間の距離を最小隙間ｈ３とし、ミクロ側底部４３と気筒内周壁２Ａとの間の距離を最大隙間ｈ４とするとき、その隙間比ｍ＝ｈ４／ｈ３を、１．５〜５．０の範囲に設定することが望ましい。なお、最小隙間ｈ３は、自ずと張出形状部Ｍについての最小隙間ｈ１と同じく０．５μｍ〜２．０μｍとなる。また、最大隙間ｈ４及び溝深さＤ（ｈ４−ｈ３）は、最小隙間ｈ３及び隙間比ｍが設定されることにより、自ずと決定される。 <Profile of micro-texture structure>
The technical concept shown in FIGS. 6 and 7 and Equation (1) can be applied to this macro profile. That is, when the distance between the micro side top portion 42 and the cylinder inner peripheral wall 2A is the minimum clearance h3 and the distance between the micro side bottom portion 43 and the cylinder inner peripheral wall 2A is the maximum clearance h4, the clearance ratio m = h4 It is desirable to set / h3 in the range of 1.5 to 5.0. Note that the minimum gap h3 is naturally 0.5 μm to 2.0 μm, similar to the minimum gap h1 for the protruding shape portion M. Further, the maximum gap h4 and the groove depth D (h4-h3) are naturally determined by setting the minimum gap h3 and the gap ratio m.

また、このミクロプロファイルに関しても、最小隙間ｈ３は、気筒内周壁２Ａの表面粗さよりも大きい値、例えば、気筒内周壁２Ａの表面粗さの２倍程度以上に設定することが望ましい。 Also regarding this micro profile, the minimum gap h3 is desirably set to a value larger than the surface roughness of the cylinder inner peripheral wall 2A, for example, about twice or more the surface roughness of the cylinder inner peripheral wall 2A.

また、複数の溝４１の溝ピッチＬ１は、１μｍ〜１ｍｍの範囲、好ましくは５μｍ〜１００μｍの範囲に設定されていることが望ましい。短すぎる溝ピッチＬ１及び長すぎる溝ピッチＬ１を持つ溝４１からなるミクロテクスチャ構造部４０は、いずれも前述の閉じ込めの作用を良好に発揮することができない。上記の範囲に溝ピッチＬ１を設定することで、大きい浮揚力を発生させることが可能となる。 The groove pitch L1 of the plurality of grooves 41 is desirably set in the range of 1 μm to 1 mm, preferably in the range of 5 μm to 100 μm. None of the microtextured structure portions 40 composed of the grooves 41 having the groove pitch L1 that is too short and the groove pitch L1 that is too long can exhibit the above-described confinement action satisfactorily. By setting the groove pitch L1 in the above range, a large levitation force can be generated.

（３）作用等
以上のように、本実施形態では、摺動部５１、５２の外周面５１Ｓ、５２Ｓに前記張出形状部Ｍを設け、且つ、その最小隙間ｈ１および隙間比ｍを前記のように設定することで、ピストン５の上方および下方への移動時において、その移動方向の下流側から張出形状部Ｍと気筒内周壁２Ａとの間に流入した潤滑性流体Ｆを、張出形状部Ｍのマクロ側頂部Ｐ１付近と気筒内周壁２Ａとの間に閉じ込めることができる。そして、これによって、張出形状部Ｍおよび摺動部５１、５２の外周面５１Ｓ、５２Ｓを気筒内周壁２Ａに対して浮揚させることができる。そのため、ピストン５と気筒２との間の摺動抵抗を低減できる。 (3) Operation and the like As described above, in the present embodiment, the protruding shape portion M is provided on the outer peripheral surfaces 51S and 52S of the sliding portions 51 and 52, and the minimum gap h1 and the gap ratio m are set as described above. By setting in this way, when the piston 5 moves upward and downward, the lubricating fluid F that flows between the protruding shape portion M and the cylinder inner peripheral wall 2A from the downstream side in the moving direction is extended. It can be confined between the vicinity of the macro side top portion P1 of the shape portion M and the cylinder inner peripheral wall 2A. Thus, the projecting shape portion M and the outer peripheral surfaces 51S and 52S of the sliding portions 51 and 52 can be levitated with respect to the cylinder inner peripheral wall 2A. Therefore, the sliding resistance between the piston 5 and the cylinder 2 can be reduced.

しかも、張出形状部Ｍが、摺動部５１、５２の外周面５１Ｓ、５２Ｓの全周にわたって設けられている。そのため、前記摺動抵抗をより確実に低減できる。 In addition, the protruding shape portion M is provided over the entire circumference of the outer peripheral surfaces 51S and 52S of the sliding portions 51 and 52. Therefore, the sliding resistance can be more reliably reduced.

具体的には、前記のように、摺動部５１、５２の上下方向の移動に伴って移動方向の下流側のマクロ側底部Ｑ１またはＱ２からマクロ側頂部Ｐ１に向かって潤滑性流体Ｆが流入し、この潤滑性流体Ｆがマクロ側頂部Ｐ１付近において閉じ込められることで、前記浮揚力が発生するようになっている。そのため、仮に、図１１に示すように、張出形状部Ｍがピストン５の外周面の周方向の一部にしか設けられていない場合には、マクロ側頂部Ｐ１に向かう潤滑性流体Ｆの一部がピストン５の周方向に逸れて張出形状部Ｍを有しない領域に逃げてしまい、十分な浮揚力が得られないおそれがある。なお、図１１は、比較例に係るピストン１０５の概略斜視図であって、ピストン１０５が、従来のようにピストンヘッド１０１とスカート部１０２とを有し、このようなピストン１０５のスカート部１０２に張出形状部Ｍを設けたと仮定したときの図である。 Specifically, as described above, as the sliding portions 51 and 52 move in the vertical direction, the lubricating fluid F flows from the macro side bottom Q1 or Q2 on the downstream side in the moving direction toward the macro side top P1. The lubricating fluid F is confined in the vicinity of the macro side apex P1, so that the levitation force is generated. Therefore, as shown in FIG. 11, when the overhanging portion M is provided only in a part of the outer peripheral surface of the piston 5 in the circumferential direction, one of the lubricating fluid F toward the macro side top portion P 1 is provided. There is a possibility that the portion deviates in the circumferential direction of the piston 5 and escapes to a region that does not have the projecting shape portion M, and a sufficient levitation force cannot be obtained. FIG. 11 is a schematic perspective view of a piston 105 according to a comparative example. The piston 105 has a piston head 101 and a skirt portion 102 as in the prior art. It is a figure when it assumes that the overhang | projection shape part M was provided.

また、比較例では、図１１の破線で示すように、ピストン５の移動時に、張出形状部Ｍのうちマクロ側頂部Ｐ１よりも移動方向の上流側の部分と気筒内周壁２Ａとの間の潤滑性流体Ｆが、張出形状部Ｍを有しない領域に逃げてしまう。そのため、この上流側の領域の圧力が非常に低く（例えば負圧に）なってしまう。その結果、ピストン５が反対側に移動を開始したときに、ピストン５のうち移動方向の下流側となった部分と気筒内周壁２Ａとの間の部分の圧力が非常に低くなってこの部分が気筒内周壁２Ａと接触しやすくなる。つまり、ピストン５のうち移動方向の下流側となった部分と気筒内周壁２Ａとの間に潤滑性流体Ｆを十分に存在させることができなくなり、気筒２とピストン５との摺動抵抗がかえって増大してしまう。 Further, in the comparative example, as shown by the broken line in FIG. 11, when the piston 5 moves, between the portion on the upstream side in the moving direction with respect to the macro side top P1 and the cylinder inner peripheral wall 2A. The lubricating fluid F escapes to a region that does not have the protruding shape portion M. Therefore, the pressure in the upstream region becomes very low (for example, negative pressure). As a result, when the piston 5 starts moving to the opposite side, the pressure in the portion between the piston 5 on the downstream side in the moving direction and the cylinder inner peripheral wall 2A becomes very low, and this portion becomes It becomes easy to contact the cylinder inner peripheral wall 2A. That is, the lubricating fluid F cannot sufficiently exist between the piston 5 on the downstream side in the moving direction and the cylinder inner peripheral wall 2A, and the sliding resistance between the cylinder 2 and the piston 5 is changed. It will increase.

これに対して、本実施形態では、張出形状部Ｍが摺動部５１、５２つまりピストン５の周方向の全周にわたって設けられている。そのため、潤滑性流体Ｆを張出形状部Ｍと気筒内周壁２Ａとの間に確実に閉じ込めることができ、摺動抵抗をより一層低減することができる。 On the other hand, in this embodiment, the overhang | projection shape part M is provided over the perimeter of the circumferential direction of the sliding parts 51 and 52, ie, the piston 5. FIG. Therefore, the lubricating fluid F can be reliably confined between the overhanging shape portion M and the cylinder inner peripheral wall 2A, and the sliding resistance can be further reduced.

さらに、本実施形態では、張出形状部Ｍを有する摺動部５１、５２が、ピストン５の上下方向（往復動方向）について複数（２つ）設けられているとともに、ピストンピン５９を挟んで上下にそれぞれ設けられている。特に、本実施形態では、張出形状部Ｍを有する摺動部５１、５２が、ピストン５の上下方向（往復動方向）の両端部を含む位置に設けられている。そのため、ピストン５の往復動時における首ふり運動を抑制することができる。具体的には、図１２に示すように、ピストン５は、往復動時に、コンロッド８の揺動に伴い、ピストン５の中心軸Ｘ４が気筒軸Ｘ１に対して傾斜してピストン５の上端部と下端部とがそれぞれ気筒内周壁２Ａに近づく方向に傾きやすい。 Further, in the present embodiment, a plurality (two) of sliding portions 51 and 52 having a protruding shape portion M are provided in the vertical direction (reciprocating direction) of the piston 5 and the piston pin 59 is sandwiched therebetween. It is provided at the top and bottom respectively. In particular, in this embodiment, the sliding parts 51 and 52 which have the overhang | projection shape part M are provided in the position containing the both ends of the up-down direction (reciprocating direction) of the piston 5. For this reason, it is possible to suppress the neck motion during the reciprocating motion of the piston 5. Specifically, as shown in FIG. 12, when the piston 5 reciprocates, the central axis X4 of the piston 5 is inclined with respect to the cylinder axis X1 with the swing of the connecting rod 8, and the upper end of the piston 5 The lower end portion tends to tilt in a direction approaching the cylinder inner peripheral wall 2A.

これに対して、本実施形態では、上下方向に離間した位置に２つの摺動部５１、５２が設けられているため、上下方向に離間した位置においてピストン５に気筒内周壁２Ａに対する浮揚力を付与することができ、ピストン５が大きく傾いて気筒内周壁２Ａに近づくこと、すなわち、ピストン５が首ふり運動すること、を抑制できる。特に、本実施形態では、ピストン５の上端部をと下端部とに、ピストンピン５９を挟んで摺動部５１、５２とが設けられているため、ピストン５の上端部と下端部とが気筒内周壁２Ａに近づくことを効果的に抑制できる。従って、ピストン５の首ふり運動に伴うピストン５と気筒２との接近を抑制して、これらの間の摺動抵抗をより確実に高めることができる。 On the other hand, in this embodiment, since the two sliding portions 51 and 52 are provided at positions separated in the vertical direction, the piston 5 has a levitation force with respect to the cylinder inner peripheral wall 2A at the position separated in the vertical direction. It is possible to prevent the piston 5 from tilting greatly and approaching the cylinder inner peripheral wall 2A, that is, the piston 5 swinging. In particular, in the present embodiment, since the sliding portions 51 and 52 are provided with the piston pin 59 sandwiched between the upper end portion and the lower end portion of the piston 5, the upper end portion and the lower end portion of the piston 5 are cylinders. It can suppress effectively approaching 2A of inner peripheral walls. Accordingly, it is possible to suppress the approach between the piston 5 and the cylinder 2 due to the swing motion of the piston 5 and to more reliably increase the sliding resistance between them.

また、本実施形態では、摺動部５１、５２のうちスラスト側の部分、つまり、燃焼に伴うピストン５の下降時に気筒内周壁２Ａと最も接触しやすい部分に、ミクロテクスチャ構造部４０が設けられて、ピストン５の周方向（摺動部５１、５２の気筒内周壁２Ａに対する摺動方向と直交する方向）に延び且つ下側（反燃焼室側）が深く上側（燃焼室側）が浅くなる傾き面４３を有する複数の溝４１が形成されている。 Further, in the present embodiment, the microtextured structure portion 40 is provided on the thrust side portion of the sliding portions 51 and 52, that is, the portion that is most likely to come into contact with the cylinder inner peripheral wall 2A when the piston 5 is lowered due to combustion. The piston 5 extends in the circumferential direction (direction perpendicular to the sliding direction of the sliding portions 51 and 52 with respect to the cylinder inner peripheral wall 2A), and the lower side (anti-combustion chamber side) is deeper and the upper side (combustion chamber side) is shallower. A plurality of grooves 41 having inclined surfaces 43 are formed.

そのため、ピストン５の下降時において、傾き面４４によって潤滑性流体Ｆの流れＦＡを徐々に狭い空間へ閉じ込めてその密度を高め、これにより摺動部５１、５２の外周面５１Ｓ、５２Ｓに気筒内周壁２Ａに対する大きな浮揚力を付与して摺動部５１、５２およびピストン５と気筒内周壁２Ａとの間の摺動抵抗を低減することができる。 For this reason, when the piston 5 is lowered, the flow FA of the lubricating fluid F is gradually confined in a narrow space by the inclined surface 44 to increase its density, whereby the outer peripheral surfaces 51S and 52S of the sliding portions 51 and 52 are placed in the cylinder. A large levitation force can be applied to the peripheral wall 2A to reduce the sliding resistance between the sliding portions 51 and 52 and the piston 5 and the cylinder inner peripheral wall 2A.

特に、本実施形態では、ミクロ側頂部４２と気筒内周壁２Ａとの隙間を最小隙間ｈ３とし、ミクロ側底部４３と気筒内周壁２Ａとの間の隙間を最大隙間ｈ４として、これらが、ｈ４／ｈ３＝１．５〜５．０、の範囲に設定されている。また、ミクロ側頂部４２と気筒内周壁２Ａとの隙間である最小隙間ｈ３が、ｈ３＝０．５μｍ〜２．０μｍの範囲に設定されている。そのため、摺動部５１、５２を気筒内周壁２Ａから一層良好に浮揚させることができ、前記摺動抵抗を格段に低減させることができる。 In particular, in the present embodiment, the gap between the micro side top 42 and the cylinder inner peripheral wall 2A is defined as the minimum gap h3, and the gap between the micro side bottom 43 and the cylinder inner peripheral wall 2A is defined as the maximum gap h4. The range is set to h3 = 1.5 to 5.0. Further, a minimum gap h3 that is a gap between the micro side apex portion 42 and the cylinder inner peripheral wall 2A is set in a range of h3 = 0.5 μm to 2.0 μm. Therefore, the sliding parts 51 and 52 can be lifted more satisfactorily from the cylinder inner peripheral wall 2A, and the sliding resistance can be remarkably reduced.

また、本実施形態では、各溝４１の周方向の両端部分が閉鎖されているので、溝４１に入り込んだ潤滑性流体Ｆが溝４１内から周方向の外側に抜けてしまうのが抑制される。従って、潤滑性流体Ｆを効果的に気筒内周壁２Ａと傾き面４４との間に閉じ込めて、高い浮揚力を得ることができる。 Further, in this embodiment, since both end portions in the circumferential direction of each groove 41 are closed, it is possible to prevent the lubricating fluid F that has entered the groove 41 from escaping from the inside of the groove 41 to the outside in the circumferential direction. . Therefore, the lubricating fluid F can be effectively confined between the cylinder inner peripheral wall 2A and the inclined surface 44, and a high levitation force can be obtained.

また、本実施形態では、ミクロテクスチャ構造部４０の溝４１の下側縁部４１Ｄとミクロ側底部４３との間の第１面４５と、溝４１の上側縁部４１Ｕとミクロ側底部４３との間の第２面４４とが、気筒内周壁２Ａに対して傾きを持つ平面であり、且つ、第１面４５が、気筒内周壁２Ａに対して第２面４４よりも大きい傾きを持つ面であり、第２面４４が傾き面４４として機能している。 In the present embodiment, the first surface 45 between the lower edge 41D of the groove 41 of the microtextured structure portion 40 and the micro side bottom 43, the upper edge 41U of the groove 41, and the micro side bottom 43 The second surface 44 is a plane having an inclination with respect to the cylinder inner peripheral wall 2A, and the first surface 45 is a surface having an inclination greater than the second surface 44 with respect to the cylinder inner peripheral wall 2A. The second surface 44 functions as the inclined surface 44.

そのため、比較的大きい傾きを持つ第１面４５の領域において潤滑性流体Ｆの流れを拡がらせた後、比較的小さい傾きを持つ第２面４４によって潤滑性流体Ｆの流れを徐々に閉じ込めてゆくことができ、ミクロテクスチャ構造部４０および摺動部５１、５２の外周面５１Ｓ、５２Ｓに良好な浮揚力を付与することができる。 Therefore, after spreading the flow of the lubricating fluid F in the region of the first surface 45 having a relatively large inclination, the flow of the lubricating fluid F is gradually confined by the second surface 44 having a relatively small inclination. Therefore, a favorable levitation force can be imparted to the outer peripheral surfaces 51S and 52S of the microtexture structure portion 40 and the sliding portions 51 and 52.

特に、第１面４５が気筒内周壁２Ａに対して直交する方向に延びるように、つまり、第１面４５の気筒内周壁２Ａに対する傾き角が９０°に設定されており、溝４１の上下方向の幅の大半を、傾き面４４として機能する第２面４４にて構成することができる。従って、潤滑性流体Ｆの閉じ込め効果を高めることができる。 In particular, the inclination angle of the first surface 45 with respect to the cylinder inner peripheral wall 2A is set to 90 ° so that the first surface 45 extends in a direction orthogonal to the cylinder inner peripheral wall 2A. Most of the width can be constituted by the second surface 44 functioning as the inclined surface 44. Therefore, the confinement effect of the lubricating fluid F can be enhanced.

また、複数の溝４１が上下方向に並ぶピッチが、１μｍ〜１ｍｍの範囲に設定されているので、一層大きい浮揚力を発生させることができる。 Further, since the pitch in which the plurality of grooves 41 are arranged in the vertical direction is set in the range of 1 μm to 1 mm, a larger levitation force can be generated.

（４）変形例
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。 (4) Modifications Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this.

例えば、張出形状部Ｍが全周にわたって設けられる摺動部の上下方向の位置は前記に限らない。例えば、前記実施形態において下側摺動部５２を省略してもよい。また、ピストン５の上下方向の中央部分等に摺動部を設けてもよい。 For example, the position in the vertical direction of the sliding portion where the protruding shape portion M is provided over the entire circumference is not limited to the above. For example, the lower sliding portion 52 may be omitted in the embodiment. Further, a sliding portion may be provided at the central portion of the piston 5 in the vertical direction.

ただし、ピストン５の外周面の上下方向の複数の位置に摺動部および張出形状部を設ければ、ピストン５の首ふりを効果的に抑制することができる。また、ピストンピン５９の上下方向であって、ピストン５の揺動中心を挟んで上側および下側に摺動部および張出形状部を設ければ、ピストン５の揺動すなわち首ふりを効果的に抑制することができる。特に、前記のように、ピストン５の上端部および下端部にそれぞれ摺動部５１、５２を設ければ、ピストン５の首ふりを抑制して、これにより摺動抵抗を一層低減することができる。また、ピストン５の上端部と下端部とに離間した状態で摺動部５１、５２を設ければ、ピストン５の上下方向全体にわたって摺動部を設ける場合に比べて、ピストン５の軽量化を図ることができるとともに、ピストンピン５９をこれら摺動部５１、５２の間に配置することができ構造を簡素化することができる。 However, if the sliding portion and the protruding shape portion are provided at a plurality of positions on the outer peripheral surface of the piston 5 in the vertical direction, the neck swing of the piston 5 can be effectively suppressed. Further, if the sliding portion and the overhanging shape portion are provided in the vertical direction of the piston pin 59 and above and below the swinging center of the piston 5, the swinging of the piston 5, that is, the neck swing is effective. Can be suppressed. In particular, as described above, if the sliding portions 51 and 52 are provided at the upper end portion and the lower end portion of the piston 5, respectively, the neck swing of the piston 5 can be suppressed, thereby further reducing the sliding resistance. . Moreover, if the sliding parts 51 and 52 are provided in a state of being separated from the upper end part and the lower end part of the piston 5, the weight of the piston 5 can be reduced as compared with the case where the sliding part is provided over the entire vertical direction of the piston 5. In addition, the piston pin 59 can be disposed between the sliding portions 51 and 52, and the structure can be simplified.

また、潤滑性流体Ｆは空気に限らず、水やオイルであってもよい。ただし、前記実施形態のように、摺動部をピストン５の上端部に設け、かつ、潤滑性流体Ｆを水やオイルとすると、燃焼室６内に水やオイルが混入して燃焼状態が悪化したり排ガス性能が悪化するおそれがある。そのため、摺動部をピストン５の上端に設ける場合は、潤滑性流体Ｆは空気とするのが好ましい。換言すると、潤滑性流体Ｆを空気としつつ摺動部をピストン５の上端部に設けた前記実施形態によれば、燃焼状態や排ガス性能の悪化を回避しつつ摺動抵抗を低減することができる。 Further, the lubricating fluid F is not limited to air but may be water or oil. However, if the sliding portion is provided at the upper end portion of the piston 5 and the lubricating fluid F is water or oil as in the above embodiment, water and oil are mixed in the combustion chamber 6 to deteriorate the combustion state. Or the exhaust gas performance may be deteriorated. Therefore, when the sliding portion is provided at the upper end of the piston 5, the lubricating fluid F is preferably air. In other words, according to the embodiment in which the lubricating fluid F is air and the sliding portion is provided at the upper end of the piston 5, the sliding resistance can be reduced while avoiding deterioration of the combustion state and exhaust gas performance. .

なお、潤滑性流体Ｆが空気であることから、前記実施形態では、オイルリングは不要である。また、前記実施形態では、前記のように、ピストン５の移動時において摺動部５１、５２の全周にわたってマクロ側頂部Ｐ１付近の領域に潤滑性流体Ｆが閉じ込められてこの領域の圧力が高められる。従って、コンプレッションリングも省略可能である。これに伴い、図２等に示した例ではピストン５にコンプレッションリングも設けられていないが、コンプレッションリングを連結部５３等に設けるようにしてもよい。 In addition, since the lubricating fluid F is air, an oil ring is not necessary in the embodiment. In the embodiment, as described above, when the piston 5 moves, the lubricating fluid F is confined in the region near the macro side top portion P1 over the entire circumference of the sliding portions 51 and 52, and the pressure in this region is increased. It is done. Therefore, the compression ring can be omitted. In connection with this, although the compression ring is not provided in the piston 5 in the example shown in FIG. 2 etc., you may make it provide a compression ring in the connection part 53 grade | etc.,.

また、前記実施形態では、溝４１の摺動方向（上下方向）の断面形状が鋸歯型のものを例示したが、傾き面４４が摺動方向の下流側（下側）が深く上流側（上側）が浅くなる傾向を具備している限りにおいて溝４１の形状を変形して良い。例えば、ミクロ側底部４３が鋭角的なものとせず、Ｒ面としてもよい。また、傾き面４４が緩やかな凸面又は凹面であっても良い。 In the above embodiment, the groove 41 has a sawtooth shape in the sliding direction (vertical direction), but the inclined surface 44 is deeper on the downstream side (lower side) in the sliding direction and on the upstream side (upper side). ) May be deformed as long as it has a tendency to become shallower. For example, the micro side bottom portion 43 may not be an acute angle but may be an R surface. Further, the inclined surface 44 may be a gentle convex surface or a concave surface.

また、溝４１（ミクロテクスチャ構造部４０）の形成領域は、前記に限らず、摺動部５１、５２の全域等であってもよい。 In addition, the formation region of the groove 41 (microtextured structure portion 40) is not limited to the above, and may be the entire region of the sliding portions 51 and 52 or the like.

ただし、摺動部５１、５２のうちスラスト側の部分にのみ設ければ、ミクロサイズの溝を有し比較的加工が難しいミクロテクスチャ構造部４０の加工領域を小さく抑えて作業性およびコストを良好にしつつ、前記のように、燃焼に伴うピストン５の下降時における摺動抵抗を効果的に低減することができる。 However, if it is provided only on the thrust side of the sliding parts 51 and 52, the processing area of the microtextured structure part 40 having a micro-sized groove and relatively difficult to process can be kept small, and workability and cost are good. In addition, as described above, the sliding resistance when the piston 5 descends due to combustion can be effectively reduced.

また、前記実施形態では、張出形状部Ｍを備える各摺動部５１、５２の材質と、気筒内周壁２Ａの材質とを、互いに同一とした場合について説明したが、これらの材質は異なってもよい。ただし、前記のように、これらの材質を同一とすれば、張出形状部Ｍと気筒内周壁２Ａとの間に生じる熱膨張差ひいては最小隙間ｈ１および最大隙間ｈ２の変動を小さくして、これらをより確実に適切な範囲内とすることができる。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the material of each sliding part 51 and 52 provided with the overhang | projection shape part M and the material of cylinder inner peripheral wall 2A were mutually the same, these materials differ. Also good. However, as described above, if these materials are the same, the difference in thermal expansion between the projecting shape portion M and the cylinder inner peripheral wall 2A, and hence the fluctuations in the minimum gap h1 and the maximum gap h2, are reduced. Can be more reliably within the appropriate range.

＜変形例１＞
図１３は、変形例１に係るミクロテクスチャ構造部４０ａを備えた摺動部１５０の外周面１５０Ｓの断面図である。前記の実施形態では、溝４１の第１面４５が気筒内周壁２Ａに対して直交する方向に延びる平面である例を示した。変形例１では、第１面４５が前記直交する方向から傾いた面である例を示す。 <Modification 1>
FIG. 13 is a cross-sectional view of the outer peripheral surface 150S of the sliding portion 150 including the microtexture structure portion 40a according to the first modification. In the above-described embodiment, an example in which the first surface 45 of the groove 41 is a flat surface extending in a direction orthogonal to the cylinder inner peripheral wall 2A has been described. Modification 1 shows an example in which the first surface 45 is a surface inclined from the orthogonal direction.

ミクロテクスチャ構造部４０ａの溝４１は、その下側縁部４１Ｄであるミクロ側頂部４２とミクロ側底部４３との間の第１面４５と、上側縁部４１Ｕであるミクロ側頂部４２とミクロ側底部４３との間の第２面４６とを含む。第１面４５及び第２面４６のいずれも気筒内周壁２Ａに対して傾きを持つ平面である。第１面４５は、気筒内周壁２Ａに対して傾き角θ１を持ち、第２面４６は、気筒内周壁２Ａに対して傾き角θ２を持つ。ここで、第１面４５は、第２面４６よりも大きい傾きを持つ面（θ１＞θ２）である。第１面４５の、気筒内周壁２Ａに対する傾き角θ１の望ましい範囲は、７０°〜９０°である。なお、第２面４６の傾き角θ２は、θ１に対して十分小さいことが望ましく、例えば１０°〜５５°程度の範囲から選択することができる。 The groove 41 of the microtextured structure portion 40a includes a first surface 45 between the micro side top portion 42 and the micro side bottom portion 43 as the lower side edge portion 41D, and the micro side top portion 42 and the micro side as the upper side edge portion 41U. 2nd surface 46 between the bottom parts 43 is included. Both the first surface 45 and the second surface 46 are flat surfaces that are inclined with respect to the cylinder inner peripheral wall 2A. The first surface 45 has an inclination angle θ1 with respect to the cylinder inner peripheral wall 2A, and the second surface 46 has an inclination angle θ2 with respect to the cylinder inner peripheral wall 2A. Here, the first surface 45 is a surface (θ1> θ2) having a larger inclination than the second surface 46. A desirable range of the inclination angle θ1 of the first surface 45 with respect to the cylinder inner peripheral wall 2A is 70 ° to 90 °. The inclination angle θ2 of the second surface 46 is preferably sufficiently small with respect to θ1, and can be selected from a range of about 10 ° to 55 °, for example.

第１面４５は、気筒内周壁２Ａに対して直交する平面であることが望ましいが、前記の制限の範囲で前記直交する方向に対して傾いた平面であってもよい。このような第１面４５を持つ溝４１であれば、潤滑性流体Ｆの層流（流れＦＡ）が摺動部１５０の外周面１５０Ｓと気筒内周壁２Ａとの間の隙間Ｇを流入方向Ｈ２に沿って流れる際、比較的大きい傾き角θ１を持つ第１面４５の領域において急に前記層流の幅が拡がり、比較的小さい傾き角θ２を持つ第２面４６（傾き面４４）によって徐々に前記層流が閉じ込められてゆくという動作が繰り返される。このような層流の動作によって、良好な浮揚力が生成される。 The first surface 45 is preferably a plane orthogonal to the cylinder inner peripheral wall 2A, but may be a plane inclined with respect to the orthogonal direction within the above-mentioned range. In the groove 41 having the first surface 45 as described above, the laminar flow (flow FA) of the lubricating fluid F passes through the gap G between the outer peripheral surface 150S of the sliding portion 150 and the cylinder inner peripheral wall 2A in the inflow direction H2. , The width of the laminar flow suddenly expands in the region of the first surface 45 having a relatively large inclination angle θ1, and is gradually increased by the second surface 46 (inclination surface 44) having a relatively small inclination angle θ2. The operation of confining the laminar flow is repeated. A good levitation force is generated by the operation of the laminar flow.

＜変形例２＞
図１４は、変形例２に係るミクロテクスチャ構造部４０ｂを備えた摺動部１５０の外周面１５０Ｓの断面図である。前記の実施形態では、複数の溝４１が摺動方向（上下方向）Ｈ１に密に連設されている例を示した。変形例２では、隣接する溝４１間にプラトー（ｐｌａｔｅａｕ）が設けられている例を示す。 <Modification 2>
FIG. 14 is a cross-sectional view of the outer peripheral surface 150S of the sliding portion 150 including the microtexture structure portion 40b according to the second modification. In the above-described embodiment, the example in which the plurality of grooves 41 are closely connected in the sliding direction (vertical direction) H1 has been described. In the second modification, an example in which a plateau is provided between adjacent grooves 41 is shown.

ミクロテクスチャ構造部４０ｂは、複数の溝４１と、隣接する溝４１の間に配置されたプラトー部４９とを含む。プラトー部４９は、気筒内周壁２Ａと略平行な平面である。プラトー部４９は、一の溝４１の上側縁部４１Ｕとなるミクロ側頂部４２と、前記一の溝４１の上側に隣接する溝４１の下側縁部４１Ｄとの間に延びる平面である。この場合、溝ピッチＬ１は、摺動方向Ｈ１における溝４１の上側縁部４１Ｕ〜下側縁部４１Ｄの長さである溝幅Ｌ２と、プラトー部４９の長さとが加算されたものとなる。このように、溝間にプラトー部４９が存在している態様であっても、プラトー部４９が溝幅Ｌ２に対して長すぎるものでない限り、浮揚力を発生させることができる。 The microtextured structure part 40 b includes a plurality of grooves 41 and a plateau part 49 disposed between the adjacent grooves 41. The plateau part 49 is a plane substantially parallel to the cylinder inner peripheral wall 2A. The plateau portion 49 is a plane extending between the micro side top portion 42 that becomes the upper edge portion 41U of the one groove 41 and the lower edge portion 41D of the groove 41 adjacent to the upper side of the one groove 41. In this case, the groove pitch L1 is obtained by adding the groove width L2, which is the length of the upper edge 41U to the lower edge 41D of the groove 41 in the sliding direction H1, and the length of the plateau portion 49. Thus, even if the plateau part 49 exists between the grooves, the levitation force can be generated as long as the plateau part 49 is not too long with respect to the groove width L2.

プラトー部４９は平滑度が高い面であることが望ましい。プラトー部４９は、最小隙間ｈ１を規定するミクロ側頂部４２と同じ高さ位置にある面であり、その平滑度が低いと気筒内周壁２Ａとの接触が問題になるからである。この場合、ミクロ側頂部４２と気筒内周壁２Ａとの間の最小隙間ｈ１は、気筒内周壁２Ａの表面粗さと、プラトー部４９の表面粗さとを合算した合算表面粗さよりも大きい値に設定されることが望ましい。例えば、気筒内周壁２Ａ及びプラトー部４９の算術平均粗さＲａがいずれも０．５μｍである場合、最小隙間ｈ１はこれらの合算表面粗さ１μｍを越える値、好ましくは２倍以上の値に設定することが望ましい。 The plateau portion 49 is desirably a surface having high smoothness. This is because the plateau portion 49 is a surface at the same height as the micro side apex portion 42 that defines the minimum gap h1, and if the smoothness is low, contact with the cylinder inner peripheral wall 2A becomes a problem. In this case, the minimum gap h1 between the micro side apex portion 42 and the cylinder inner peripheral wall 2A is set to a value larger than the total surface roughness obtained by adding the surface roughness of the cylinder inner peripheral wall 2A and the surface roughness of the plateau portion 49. It is desirable. For example, when the arithmetic average roughness Ra of the cylinder inner peripheral wall 2A and the plateau part 49 is both 0.5 μm, the minimum gap h1 is set to a value that exceeds these combined surface roughnesses 1 μm, preferably a value that is twice or more. It is desirable to do.

２気筒
２Ａ気筒内周壁（気筒の内周面）
５ピストン
８コンロッド
５１上側摺動部（摺動部）
５２上側摺動部（摺動部）
４０ミクロテクスチャ構造部
４１溝
４２ミクロ側頂部
４３ミクロ側底部
Ｆ潤滑性流体
Ｍ張出形状部
Ｐ１マクロ側頂部（頂部）
Ｑ１マクロ側底部（底部） 2 cylinders 2A cylinder inner wall (cylinder inner surface)
5 Piston 8 Connecting rod 51 Upper sliding part (sliding part)
52 Upper sliding part (sliding part)
40 Micro-textured structure part 41 Groove 42 Micro side top part 43 Micro side bottom part F Lubricating fluid M Overhang shape part P1 Macro side top part (top part)
Q1 Macro side bottom (bottom)

Claims

A reciprocating piston comprising a cylinder having a combustion chamber formed therein, a piston that reciprocates within the cylinder, and a connecting rod that is slidably coupled to the piston around the axis of the piston pin via a piston pin. In the engine
The piston includes an outer peripheral surface facing the inner peripheral surface of the cylinder with a gap,
A lubricating fluid is interposed between the inner peripheral surface of the cylinder and the outer peripheral surface of the piston,
The outer peripheral surface of the piston has a protruding shape portion that protrudes to the inner peripheral surface side of the cylinder in a cross section along the reciprocating direction thereof.
The projecting shape portions are provided in a plurality spaced apart in the sliding direction of the piston, and are provided at positions sandwiching the piston pin in the sliding direction of the piston,
The overhang shape portion, a top portion comprising the most overhanging portion, farthest to the inner peripheral surface of the cylinder are arranged respectively before SL on the upstream side of the direction of reciprocation of the piston and the downstream side of the top portion and a bottom portion serving as a position is formed on including arcuate shape,
In the projecting shape portion, when the gap at the top is the minimum gap h1, and the gap at the bottom is the maximum gap h2,
h2 / h1 = 1.5-5.0,
Is set to the range of
2. The reciprocating piston engine according to claim 1, wherein the projecting shape portion is provided over the entire circumference of the outer peripheral surface of the piston.

The reciprocating piston engine according to claim 1 ,
The protruding shape portions are provided at both ends of the piston in the sliding direction on the outer peripheral surface of the piston,
A reciprocating piston engine, wherein the lubricating fluid is air.

The reciprocating piston engine according to claim 1 or 2 ,
The reciprocating piston engine according to claim 1, wherein a material of a portion of the piston provided with the protruding shape portion on an outer peripheral surface is the same as a material of an inner peripheral surface of the cylinder.

The reciprocating piston engine according to any one of claims 1 to 3 ,
The thrust side portion of the protruding shape portion includes a microtextured structure portion including a plurality of grooves extending in the circumferential direction of the piston,
Each of the grooves of the microtextured structure portion has an inclined surface in which the opposite side to the combustion chamber in the sliding direction is deep and the combustion chamber side is shallow.