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JP6572925B2 - Reciprocating piston engine - Google Patents
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Description

本発明は、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に関する。   The present invention relates to a reciprocating piston engine having a piston and a crank mechanism.

往復動ピストンエンジンは、気筒内を往復動するピストンと、当該ピストンの往復動を回転運動に変換するクランク機構とを備える。このクランク機構は、クランクピン及びクランクジャーナル(主軸)からなるクランク軸と、該クランク軸とピストンとを連結するコンロッドとを備え、複数種の軸受け構造部を含む。具体的には、前記軸受け構造部として、コンロッドの大端部とクランクピンとの結合部、クランク軸(クランクジャーナル)のロアシリンダブロックによる軸受け部などが挙げられる。これら軸受け構造部では、軸受け部材の内周面と軸部材の外周面とが、互いに対峙する摺動面となる。   The reciprocating piston engine includes a piston that reciprocates in a cylinder and a crank mechanism that converts the reciprocating motion of the piston into a rotational motion. The crank mechanism includes a crankshaft including a crankpin and a crank journal (main shaft), and a connecting rod that connects the crankshaft and a piston, and includes a plurality of types of bearing structures. Specifically, examples of the bearing structure portion include a connecting portion between a large end portion of a connecting rod and a crank pin, and a bearing portion by a lower cylinder block of a crank shaft (crank journal). In these bearing structures, the inner peripheral surface of the bearing member and the outer peripheral surface of the shaft member are sliding surfaces that face each other.

上記摺動面の摩擦抵抗を可及的に低減することで、エンジンの燃費性能及び出力性能を一層向上させることができる。摩擦抵抗の低減手段として、特許文献1には、互いに対峙する摺動面に、CVDダイヤモンド等のコーティング処理及び鏡面研磨処理などの摩擦低減処理を施し、軸部材又は軸受け部材の相対速度が所定値以上となったときに、その一方を他方に対して浮揚させる方法が開示されている。この場合、前記浮揚によって摺動面同士が非接触となるので、摩擦抵抗が低減される。   By reducing the frictional resistance of the sliding surface as much as possible, the fuel efficiency and output performance of the engine can be further improved. As a means for reducing frictional resistance, Patent Document 1 discloses that friction surfaces such as a coating process such as CVD diamond and a mirror polishing process are applied to sliding surfaces facing each other, and the relative speed of the shaft member or the bearing member is a predetermined value. A method for levitation of one of the two with respect to the other is disclosed. In this case, since the sliding surfaces are not in contact with each other due to the levitation, the frictional resistance is reduced.

特開2016−121600号公報JP, 2006-121600, A

クランク機構の軸受け構造部には、燃焼工程の爆発荷重がピストンに加わった際に、高い荷重が作用することになる。この高荷重が、クランク軸の軸支部内周面とクランクジャーナルの外周面、或いはコンロッド大端部の内周面とクランクピンの外周面を接近又は衝突させ、浮揚効果の低減若しくは消失を招来させることがある。この場合、摺動面同士が接触するので、摩擦抵抗の低減効果が減殺される。また、特許文献1の方法では、摺動面のコーティング処理及び研磨処理などが必要であり、加工に手間を要する。   A high load acts on the bearing structure portion of the crank mechanism when an explosion load in the combustion process is applied to the piston. This high load causes the inner peripheral surface of the shaft support of the crankshaft and the outer peripheral surface of the crank journal, or the inner peripheral surface of the connecting rod large end and the outer peripheral surface of the crankpin to approach or collide, leading to a reduction or disappearance of the levitation effect. Sometimes. In this case, since the sliding surfaces are in contact with each other, the effect of reducing the frictional resistance is diminished. In addition, the method of Patent Document 1 requires a coating process and a polishing process on the sliding surface, which requires labor.

本発明の目的は、浮揚効果を利用して摩擦低減を図るようにしたクランク機構の軸受け構造部を備えた往復動ピストンエンジンにおいて、摺動面の加工に手間を要さず、前記軸受け構造部に高荷重が作用する状況でも摩擦抵抗を低減することにある。   An object of the present invention is to provide a reciprocating piston engine having a bearing structure part of a crank mechanism designed to reduce friction by utilizing a levitation effect. The purpose is to reduce the frictional resistance even in a situation where a high load is applied.

本発明の一局面に係る往復動ピストンエンジンは、ピストンと、コンロッド及びクランク軸を含むクランク機構とを備えた往復動ピストンエンジンであって、前記クランク機構において軸受け部材となり、第1摺動面を内周に有する第1部材と、前記クランク機構において軸部材となり、前記第1摺動面と隙間を置いて対峙する第2摺動面を外周に有する第2部材と、を備え、前記第1部材に対する前記第2部材の相対回転により、前記第1摺動面及び前記第2摺動面は各々所定の摺動方向に相対的に移動し、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、軸方向と直交する断面において、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、前記第1摺動面及び前記第2摺動面の少なくとも一方において、前記ピストンから前記コンロッドが受ける筒内最高燃焼圧力に伴う荷重の伝達経路となる第1領域が、所定の潤滑性流体と親和性を有する領域とされ、前記第1領域以外の第2領域が前記潤滑性流体に対して非親和性を有する領域とされ、前記隙間に空気が流入され、前記潤滑性流体が低粘度オイルであり、前記低粘度オイルは、粘度が空気の粘度よりも大きく6.8×10 −3 [Pa・s]以下のオイルであることを特徴とする。
A reciprocating piston engine according to one aspect of the present invention is a reciprocating piston engine including a piston and a crank mechanism including a connecting rod and a crankshaft, and serves as a bearing member in the crank mechanism, and has a first sliding surface. A first member having an inner periphery, and a second member having a second sliding surface on the outer periphery which is a shaft member in the crank mechanism and faces the first sliding surface with a gap. Due to the relative rotation of the second member with respect to the member, the first sliding surface and the second sliding surface move relative to each other in a predetermined sliding direction, and the first sliding surface and the second sliding surface are moved. At least one of the surfaces has a projecting shape portion that projects in the facing direction in a cross section orthogonal to the axial direction, and the projecting shape portion includes a top portion that is the most projecting portion, and at least the top portion of the top portion. Sliding direction A skirt that is disposed on the downstream side and is located farthest from the other sliding surface, and in the projecting shape portion, the gap at the top is the minimum gap h1, and the gap at the skirt is the maximum. When the gap is h2,
h1 = 0.5 μm to 40 μm,
h2 / h1 = 1.5-5.0,
A first region serving as a transmission path of a load associated with the in-cylinder maximum combustion pressure received by the connecting rod from the piston on at least one of the first sliding surface and the second sliding surface. The second region other than the first region has a non-affinity with respect to the lubricating fluid, and air flows into the gap, so that the lubricity is improved. The fluid is a low-viscosity oil, and the low-viscosity oil is an oil having a viscosity larger than that of air and not more than 6.8 × 10 −3 [Pa · s] .

この往復動ピストンエンジンによれば、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1摺動面及び前記第2摺動面の相対移動時に、前記隙間に流入する流体によって、一方の摺動面を他方の摺動面から浮揚させることが可能となる。すなわち、前記摺動面の形状的特徴(プロファイル)によって浮揚効果を得ることができる。   According to this reciprocating piston engine, the minimum gap h1 at the top provided in 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, when the first sliding surface and the second sliding surface move relative to each other, one sliding surface can be lifted from the other sliding surface by the fluid flowing into the gap. That is, a levitation effect can be obtained by the shape feature (profile) of the sliding surface.

さらに、前記摺動面が、前記ピストンから前記コンロッドが受ける筒内最高燃焼圧力に伴う荷重の伝達経路となる第1領域と、それ以外の第2領域とに区分される。そして、前記第1領域が潤滑性流体と親和性を有する領域とされる一方、前記第2領域については非親和性を有する領域とされる。これにより、前記第1領域には潤滑性流体を保持させることが可能となる。従って、筒内最高燃焼圧力に伴う高荷重がコンロッドに作用しても、前記第1領域に存在する潤滑性流体によって、摩擦抵抗の増大が抑止されるようになる。   Furthermore, the sliding surface is divided into a first region serving as a transmission path of a load accompanying the maximum in-cylinder combustion pressure received by the connecting rod from the piston, and a second region other than that. The first region is a region having affinity with the lubricating fluid, while the second region is a region having non-affinity. Thereby, the lubricating fluid can be held in the first region. Therefore, even if a high load accompanying the in-cylinder maximum combustion pressure acts on the connecting rod, an increase in frictional resistance is suppressed by the lubricating fluid present in the first region.

また、前記流体として、空気を前記隙間に流入させることにより、前記第1摺動面及び前記第2摺動面の一方を他方から空気浮揚させることができる。さらに、前記潤滑性流体として低粘度オイルを用いることにより、前記第1領域には低粘度オイルを保持させ、摩擦抵抗を効果的に低減させることができる。 Further, as the fluid, by flowing the air in the gap, one of the first sliding surface and the second sliding surface can Rukoto is airborne from the other. Furthermore, by using low-viscosity oil as the lubricating fluid, low-viscosity oil can be retained in the first region, and frictional resistance can be effectively reduced.

この場合、前記第1領域が、親油性物質からなる表層を有し、前記第2領域が、撥油性物質からなる表層を有することが望ましい。これにより、前記隙間に低粘度オイルを供給した場合、前記第2領域には前記低粘度オイルが保持されず、前記第1領域だけに前記低粘度オイルを保持させることが可能となる。   In this case, it is desirable that the first region has a surface layer made of a lipophilic substance, and the second region has a surface layer made of an oil repellent material. Thereby, when low-viscosity oil is supplied to the gap, the low-viscosity oil is not held in the second region, and the low-viscosity oil can be held only in the first region.

上記の往復動ピストンエンジンにおいて、前記第1領域が、オイル含浸性の表層を有することが望ましい。これにより、前記第1領域が、前記低粘度オイルにて常時湿潤された状態とすることができる。   In the above-described reciprocating piston engine, it is desirable that the first region has an oil-impregnated surface layer. Thereby, the first region can be kept wet with the low-viscosity oil at all times.

上記の往復動ピストンエンジンにおいて、前記クランク軸が、クランクピンとクランクジャーナルとを含み、前記コンロッドは、前記クランクピンと前記ピストンとを連結しており、前記第1部材が、前記クランク軸の軸受け部に嵌め込まれた軸受けメタルであって、前記第1摺動面が前記軸受けメタルの内周面であり、前記第2部材が、前記クランクジャーナルであって、前記第2摺動面が前記クランクジャーナルの外周面であることが望ましい。   In the reciprocating piston engine, the crankshaft includes a crankpin and a crank journal, the connecting rod connects the crankpin and the piston, and the first member is attached to a bearing portion of the crankshaft. The bearing metal is fitted, wherein the first sliding surface is an inner peripheral surface of the bearing metal, the second member is the crank journal, and the second sliding surface is the crank journal. An outer peripheral surface is desirable.

この往復動ピストンエンジンによれば、軸受け部材としてのクランク軸(クランクジャーナル)の軸受け部と、軸部材としてのクランクジャーナルとからなる軸受け構造部について、筒内最高燃焼圧力が作用するタイミングにおいても、上述の浮揚効果並びに低摩擦抵抗の維持効果を得ることができる。   According to this reciprocating piston engine, at the timing at which the in-cylinder maximum combustion pressure acts on the bearing structure portion composed of the bearing portion of the crankshaft (crank journal) as the bearing member and the crank journal as the shaft member, The above-mentioned levitation effect and low friction resistance maintaining effect can be obtained.

この場合、前記往復動ピストンエンジンが圧縮自己着火型のエンジンであり、前記第1領域が、クランク角が0°〜20°の間に荷重の伝達経路となる領域に配置されていることが望ましい。   In this case, it is desirable that the reciprocating piston engine is a compression self-ignition type engine, and the first region is disposed in a region serving as a load transmission path when the crank angle is 0 ° to 20 °. .

圧縮自己着火型エンジンは、燃焼重心、すなわち筒内最高燃焼圧力の発生するタイミングが、クランク角=0°〜20°の範囲である。従って、このクランク角範囲において荷重の伝達経路となる領域を前記第1領域とすることで、圧縮自己着火型エンジンのクランク機構において摩擦抵抗の増大を抑止することができる。   In the compression self-ignition engine, the combustion center of gravity, that is, the timing at which the in-cylinder maximum combustion pressure occurs is in the range of crank angle = 0 ° to 20 °. Therefore, by setting the region serving as the load transmission path in the crank angle range as the first region, it is possible to suppress an increase in frictional resistance in the crank mechanism of the compression self-ignition engine.

上記の往復動ピストンエンジンにおいて、前記クランク軸が、クランクピンとクランクジャーナルとを含み、前記コンロッドは、前記クランクピンと前記ピストンとを連結しており、前記第1部材が、前記コンロッドの大端部に嵌め込まれた軸受けメタルであって、前記第1摺動面が前記軸受けメタルの内周面であり、前記第2部材が、前記クランクピンであって、前記第2摺動面が前記クランクピンの外周面であることが望ましい。   In the above-described reciprocating piston engine, the crankshaft includes a crankpin and a crank journal, the connecting rod connects the crankpin and the piston, and the first member is at a large end of the connecting rod. The bearing metal is fitted, wherein the first sliding surface is an inner peripheral surface of the bearing metal, the second member is the crank pin, and the second sliding surface is the crank pin. An outer peripheral surface is desirable.

この往復動ピストンエンジンによれば、軸受け部材としてのコンロッド大端部と、軸部材としてのクランクピンとからなる軸受け構造部について、筒内最高燃焼圧力が作用するタイミングにおいても、上述の浮揚効果並びに低摩擦抵抗の維持効果を得ることができる。   According to this reciprocating piston engine, the above-described levitation effect and the low level can be achieved even at the timing at which the in-cylinder maximum combustion pressure acts on the bearing structure portion including the connecting rod large end portion as the bearing member and the crankpin as the shaft member. The effect of maintaining frictional resistance can be obtained.

本発明によれば、浮揚効果を利用して摩擦低減を図るようにしたクランク機構の軸受け構造部を備えた往復動ピストンエンジンにおいて、軸受け構造部における摺動面の加工に手間を要さず、また、前記軸受け構造部に高荷重が作用する状況でも摺動面間の摩擦抵抗を低減することができる。   According to the present invention, in the reciprocating piston engine having the bearing structure portion of the crank mechanism designed to reduce the friction by utilizing the levitation effect, it is not necessary to process the sliding surface in the bearing structure portion, Further, the frictional resistance between the sliding surfaces can be reduced even in a situation where a high load is applied to the bearing structure.

図1は、本発明に係る往復動ピストンエンジンが適用されたエンジン本体の一例を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing an example of an engine body to which a reciprocating piston engine according to the present invention is applied. 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4Aは、図3に示すコンロッドのビッグエンドとクランクピンとの軸受け構造部の拡大図であって、軸受けメタルの摺動面の張出形状部が誇張して描かれた図である。4A is an enlarged view of the bearing structure portion of the big end of the connecting rod and the crank pin shown in FIG. 3, and is an exaggerated drawing of the protruding shape portion of the sliding surface of the bearing metal. 図4Bは、図3に示すクランク軸の軸受け部の拡大図であって、軸受けメタルの摺動面の張出形状部が誇張して描かれた図である。FIG. 4B is an enlarged view of the bearing portion of the crankshaft shown in FIG. 3, in which the protruding shape portion of the sliding surface of the bearing metal is exaggerated. 図5は、ピストンが上死点にあるときの、クランク軸の状態を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the state of the crankshaft when the piston is at top dead center. 図6は、上死点からクランク角が進行したときの、クランク軸の状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the state of the crankshaft when the crank angle advances from the top dead center. 図7Aは、前記摺動面のプロファイルの説明図であって、環状の前記摺動面とクランクピンの外周面とを平面状に展開した図である。FIG. 7A is an explanatory diagram of the profile of the sliding surface, in which the annular sliding surface and the outer peripheral surface of the crank pin are developed in a planar shape. 図7B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. 7B is a schematic diagram for explaining an optimal sliding surface profile. 図8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. 8 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9は、前記摺動面と前記外周面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. 9 is a graph showing the relationship between the minimum clearance between the sliding surface and the outer peripheral surface and the friction coefficient. 図10(A)は、隙間比が適正である場合の摺動面の浮揚状態を示す図、図10(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. 10A is a diagram showing the floating state of the sliding surface when the gap ratio is appropriate, and FIG. 10B is a diagram showing the floating state of the skirt when the gap ratio is inappropriate. is there. 図11は、圧縮自己着火型エンジンの筒内燃焼圧力(P)とクランク角との関係を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the relationship between in-cylinder combustion pressure (P) and crank angle of a compression self-ignition engine. 図12は、筒内最高燃焼圧力Pmaxに相当する荷重がコンロッドからクランク軸7へ作用している状態を示す図である。FIG. 12 is a view showing a state in which a load corresponding to the in-cylinder maximum combustion pressure Pmax is applied from the connecting rod to the crankshaft 7. 図13(A)は、クランクピン用の軸受けメタルへの親油処理例を示す斜視図、図13(B)はクランクピンへの親油処理例を示す斜視図である。FIG. 13A is a perspective view showing an example of a lipophilic treatment for a bearing metal for a crankpin, and FIG. 13B is a perspective view showing an example of a lipophilic treatment for a crankpin. 図14(A)は、クランクジャーナル用の軸受けメタルへの親油処理例を示す斜視図、図14(B)はクランクジャーナルへの親油処理例を示す斜視図である。FIG. 14A is a perspective view showing an example of a lipophilic treatment for a bearing metal for a crank journal, and FIG. 14B is a perspective view showing an example of a lipophilic treatment for a crank journal.

[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、本発明に係る往復動ピストンエンジンが適用されたエンジン本体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 to which a reciprocating piston engine 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.

[クランク軸の詳細]
上述のクランク軸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。
[Details of crankshaft]
A more specific example of the above-described 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(第2部材)、クランクピン72(第2部材)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3Cに嵌め込まれた軸受けメタル30(図4B;第1部材)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(大端部)と連結される部分であり、ビッグエンド8Bの内周面に嵌め込まれた軸受けメタル20(図4A;第1部材)により軸支されている。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。クランク軸7の一端側にはクランクシャフトプーリー75が取り付けられ、他端側にはフライホイル76が取り付けられている。   The crankshaft 7 includes a crank journal 71 (second member), a crank pin 72 (second member), 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 30 (FIG. 4B; first member) fitted in the bearing portion 3C of the lower cylinder block 3A. The crank pin 72 is a portion connected to the big end 8B (large end portion) at the lower end of the connecting rod 8, and is supported by the bearing metal 20 (FIG. 4A; first member) fitted into the inner peripheral surface of the big end 8B. It is supported. 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. A crankshaft pulley 75 is attached to one end side of the crankshaft 7, and a flywheel 76 is attached to the other end side.

シリンダブロック3には、オイル供給機構60(流体供給部)が備えられている。オイル供給機構60は、クランク軸7における軸受け構造部、すなわちクランクジャーナル71及びクランクピン72の軸支部へ低粘度オイル(潤滑性流体)を供給する。オイル供給機構60は、オイルポンプ61、オイル濾過器62、圧力調整弁63、フィルター64及び給油管路65を備えている。低粘度オイルは、例えば0W−20(粘度=6.8×10−3[Pa・s])を用いることができる。 The cylinder block 3 is provided with an oil supply mechanism 60 (fluid supply unit). The oil supply mechanism 60 supplies low-viscosity oil (lubricating fluid) to the bearing structure portion of the crankshaft 7, that is, the shaft support portions of the crank journal 71 and the crankpin 72. The oil supply mechanism 60 includes an oil pump 61, an oil filter 62, a pressure adjustment valve 63, a filter 64, and an oil supply line 65. For example, 0W-20 (viscosity = 6.8 × 10 −3 [Pa · s]) can be used as the low viscosity oil.

オイルポンプ61は、図略のオイルタンク(例えばオイルパン3B)に貯留された低粘度オイルを、給油管路65へ送り出す。オイルポンプ61によるオイル供給動作は、制御部80により制御される。オイル濾過器62は、オイルポンプ61の吸入口側に接続され、吸入されるオイル中の比較的大きな異物等を除去する。圧力調整弁63は、オイルポンプ61の吐出口側に接続され、給油管路65内の油圧を一定に保つための調整弁である。フィルター64は、オイルポンプ61から給油管路65へ送り出されるオイル中に含まれる微細金属粉などの、比較的小さな異物等を除去する。   The oil pump 61 sends low-viscosity oil stored in an unillustrated oil tank (for example, the oil pan 3B) to the oil supply line 65. The oil supply operation by the oil pump 61 is controlled by the control unit 80. The oil filter 62 is connected to the suction port side of the oil pump 61, and removes relatively large foreign matters in the sucked oil. The pressure adjustment valve 63 is connected to the discharge port side of the oil pump 61 and is an adjustment valve for keeping the hydraulic pressure in the oil supply pipeline 65 constant. The filter 64 removes relatively small foreign matters such as fine metal powder contained in the oil sent from the oil pump 61 to the oil supply pipe 65.

給油管路65は、シリンダブロック3内にオイルギャラリー66を有する。また、給油管路65は、クランク軸7内にジャーナル流路67、アーム内流路68及びピン内流路69を備えている。オイルギャラリー66は、シリンダブロック3の内部に設けられたオイル通路であり、一端側がオイルポンプ61の吐出口側(フィルター64)に繋がり、他端側がクランク軸7の5つの軸受け部3Cに向けて分岐している。   The oil supply line 65 has an oil gallery 66 in the cylinder block 3. The oil supply pipe 65 includes a journal channel 67, an arm channel 68, and a pin channel 69 in the crankshaft 7. The oil gallery 66 is an oil passage provided inside the cylinder block 3, and one end side is connected to the discharge port side (filter 64) of the oil pump 61, and the other end side faces the five bearing portions 3 </ b> C of the crankshaft 7. Branched.

ジャーナル流路67は、クランク軸7のクランクジャーナル71の内部に設けられたオイル通路である。ジャーナル流路67は、クランクジャーナル71の外周面71A(図4B)に、当該外周面71Aへオイルを供給する吐出口67Aを有している。アーム内流路68は、ジャーナル流路67に繋がり、クランクアーム73の内部に設けられたオイル通路である。ピン内流路69は、アーム内流路68に繋がり、クランクピン72の内部に設けられたオイル通路である。ピン内流路69は、クランクピン72の外周面72A(図4A)に、当該外周面72Aへオイルを供給する吐出口69Aを有している。   The journal flow path 67 is an oil passage provided in the crank journal 71 of the crankshaft 7. The journal channel 67 has a discharge port 67A for supplying oil to the outer peripheral surface 71A on the outer peripheral surface 71A (FIG. 4B) of the crank journal 71. The in-arm channel 68 is an oil passage that is connected to the journal channel 67 and is provided in the crank arm 73. The in-pin passage 69 is an oil passage that is connected to the in-arm passage 68 and is provided inside the crankpin 72. The in-pin flow passage 69 has a discharge port 69A for supplying oil to the outer peripheral surface 72A on the outer peripheral surface 72A (FIG. 4A) of the crankpin 72.

[摺動面の構造]
コンロッド8及びクランク軸7を含むクランク機構には、2つの軸受け構造部が存在する。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軸受け構造部、及び、ロアシリンダブロック3Aの軸受け部3Cと、軸受け部3内で相対回転するクランクジャーナル71とにより構成される軸受け構造部である。これら軸受け構造部では、対峙する2つの摺動面が所定の摺動方向に相対的に移動(回転)することになる。以下、この摺動面について詳述する。
[Structure of sliding surface]
The crank mechanism including the connecting rod 8 and the crankshaft 7 has two bearing structures. The bearing structure part constituted by the big end 8B of the connecting rod 8 and the crank pin 72 that relatively rotates in the hole of the big end 8B, and the bearing part 3C of the lower cylinder block 3A and the bearing part 3 rotate relatively. This is a bearing structure portion constituted by the crank journal 71. In these bearing structures, the two opposing sliding surfaces move (rotate) relatively in a predetermined sliding direction. Hereinafter, this sliding surface will be described in detail.

図4Aは、図3に示すコンロッド8のビッグエンド8Bとクランクピン72との軸受け構造部の拡大図である。ビッグエンド8Bは円形の軸受け孔8Cを有し、この軸受け孔8Cには軸受けメタル20(第1部材)が嵌め込まれている。軸受けメタル20は、帯状の金属円が環状に成型された滑り軸受けである。通常、半円形の半割片の突き合わせにより、環状の軸受けメタル20が形成される。当該軸受け構造部においては、軸受けメタル20が軸受け部材、クランクピン72(第2部材)が軸部材である。   4A is an enlarged view of a bearing structure portion between the big end 8B of the connecting rod 8 and the crank pin 72 shown in FIG. The big end 8B has a circular bearing hole 8C, and a bearing metal 20 (first member) is fitted into the bearing hole 8C. The bearing metal 20 is a sliding bearing in which a band-shaped metal circle is formed in an annular shape. Usually, the annular bearing metal 20 is formed by abutting the semicircular halves. In the bearing structure portion, the bearing metal 20 is a bearing member, and the crank pin 72 (second member) is a shaft member.

軸受けメタル20は、クランクピン72が挿通される円筒型の内周面20A(第1摺動面)を有している。クランクピン72は、断面が真円の円柱型の部材であり、内周面20Aと径方向に所定の隙間Gを置いて対峙する外周面72A(第2摺動面)を外周に有している。クランクピン72の内部には、上述した低粘度オイルの流通用のピン内流路69が備えられ、外周面72Aには前記オイルの吐出口69Aが開口している。そして、内周面20Aは、クランクピン72の軸方向と直交する断面(図4Aの断面)において、外周面72Aとの対峙方向へ張り出す張出形状部M1を備えている。なお、図4Aでは張出形状部M1が誇張して描かれているが、実際には目視では判別困難なミクロンオーダーの張り出しを有する形状である。   The bearing metal 20 has a cylindrical inner peripheral surface 20A (first sliding surface) through which the crank pin 72 is inserted. The crankpin 72 is a cylindrical member having a perfect cross section, and has an outer peripheral surface 72A (second sliding surface) facing the inner peripheral surface 20A with a predetermined gap G in the radial direction on the outer periphery. Yes. The crank pin 72 is provided with the above-described in-pin flow passage 69 for circulating the low-viscosity oil, and the oil discharge port 69A is opened on the outer peripheral surface 72A. And 20 A of inner peripheral surfaces are provided with the overhang | projection shape part M1 which protrudes in the crossing direction orthogonal to the axial direction of the crankpin 72 (cross section of FIG. 4A) with 72 A of outer peripheral surfaces. In FIG. 4A, the overhanging shape portion M1 is exaggeratedly drawn, but it is actually a shape having an overhang on the micron order that is difficult to distinguish visually.

張出形状部M1は、内周面20Aの周方向一周で一つの張出を形成しており、頂部Pと裾部Qとを有している。頂部Pは、外周面72Aに向けて、最も張り出した部分である。裾部Qは、最も外周面62A(相手方摺動面)に対して離間した位置となる部分である。頂部Pにおける隙間Gの幅が最小隙間h1であり、裾部Qにおける隙間Gの幅が最大隙間h2である。本実施形態では、コンロッド8のスモールエンド8Aの軸心とビッグエンド8Bの軸心とを結ぶ線分Aが軸受けメタル20と交差する点の近傍に、頂部Pが配置されている例を示している。なお、張出形状部M1は、内周面20A又は外周面72Aの少なくとも一方に存在していれば良く、外周面72Aに設けられていても、或いは、内周面20A及び外周面72Aの双方に設けられていても良い。また、周方向に複数の張出形状部M1が連設されている構造としても良い。   The overhang shape portion M1 forms one overhang on the circumference of the inner peripheral surface 20A in the circumferential direction, and has a top portion P and a skirt portion Q. The top portion P is the portion that protrudes most toward the outer peripheral surface 72A. The skirt portion Q is a portion that is located farthest from the outer peripheral surface 62A (the counterpart sliding surface). The width of the gap G at the top P is the minimum gap h1, and the width of the gap G at the skirt Q is the maximum gap h2. In the present embodiment, an example is shown in which the apex P is disposed in the vicinity of a point where a line segment A connecting the axis of the small end 8A of the connecting rod 8 and the axis of the big end 8B intersects the bearing metal 20. Yes. The overhanging shape portion M1 only needs to be present on at least one of the inner peripheral surface 20A and the outer peripheral surface 72A, or may be provided on the outer peripheral surface 72A, or both the inner peripheral surface 20A and the outer peripheral surface 72A. May be provided. Moreover, it is good also as a structure where the some overhang | projection shape part M1 is provided in series by the circumferential direction.

張出形状部M1は、図4Aの時計方向において、裾部Qから頂部Pに亘って、徐々に外周面72Aに向けての張出が大きくなる形状を有する。つまり、張出形状部M1の軸方向と直交する断面形状は、内周面20Aの一周回の間に軸受け孔8Cの孔心に向けて徐々に径小となる螺旋形状を有する。そして、前記断面形状は、頂部Pにおいて最も突出し、続いて径方向外側へ急激に退行して、裾部Qに繋がっている。換言すると、内周面20Aと外周面72Aとの間の隙間Gは、裾部Qの最大隙間h2から、時計方向に周回するに連れて幅狭となり、頂部Pにおいて最小隙間h1となっている。さらに時計方向に周回すると、隙間Gは急激に広くなり、最大隙間h2となる。上述のオイル供給機構60は、所定のタイミングで、吐出口69Aから隙間Gに低粘度オイルを供給する。   The overhanging shape portion M1 has a shape in which the overhang toward the outer peripheral surface 72A gradually increases from the skirt portion Q to the apex portion P in the clockwise direction of FIG. 4A. That is, the cross-sectional shape orthogonal to the axial direction of the overhanging shape portion M1 has a spiral shape that gradually decreases in diameter toward the center of the bearing hole 8C during one round of the inner peripheral surface 20A. The cross-sectional shape protrudes most at the top portion P, and then retreats rapidly outward in the radial direction, and is connected to the skirt portion Q. In other words, the gap G between the inner peripheral surface 20A and the outer peripheral surface 72A becomes narrower as it goes around in the clockwise direction from the maximum gap h2 of the skirt Q, and becomes the minimum gap h1 at the top P. . Further, when it goes around in the clockwise direction, the gap G widens rapidly and becomes the maximum gap h2. The oil supply mechanism 60 described above supplies low-viscosity oil to the gap G from the discharge port 69A at a predetermined timing.

内周面20Aの一部には、オイル供給機構60から供給される低粘度オイルに対して親油性を有する親油処理部21(親和性を有する領域)が設けられている。内周面20Aの、親油処理部21の形成領域以外の領域(第2領域)は、前記低粘度オイルに対して親油性を示さない非親油部22(非親和性を有する領域)とされている。親油処理部21が設けられる領域は、ピストン5からコンロッド8が受ける筒内最高燃焼圧力Pmaxに伴う荷重の伝達経路となる領域(第1領域)である。この点については、後記で詳述する。   A part of the inner peripheral surface 20 </ b> A is provided with a lipophilic treatment section 21 (affinity region) having lipophilicity with respect to the low viscosity oil supplied from the oil supply mechanism 60. A region (second region) other than the formation region of the lipophilic treatment portion 21 on the inner peripheral surface 20A is a non-lipophilic portion 22 (region having non-affinity) that does not exhibit lipophilicity to the low-viscosity oil. Has been. The region in which the oleophilic treatment unit 21 is provided is a region (first region) serving as a transmission path for a load accompanying the in-cylinder maximum combustion pressure Pmax received by the connecting rod 8 from the piston 5. This will be described in detail later.

図4Bは、図3に示すロアシリンダブロック3Aの軸受け部3Cとクランク軸7(クランクジャーナル71)との軸受け構造部の拡大図である。軸受け部3Cには軸受けメタル30(第1部材)が嵌め込まれている。軸受けメタル30は、上述の軸受けメタル20と同様な、帯状の金属片が環状に成型された滑り軸受けである。当該軸受け構造部においては、軸受けメタル30が軸受け部材、クランクジャーナル71(第2部材)が軸部材である。   4B is an enlarged view of the bearing structure portion of the bearing portion 3C and the crankshaft 7 (crank journal 71) of the lower cylinder block 3A shown in FIG. A bearing metal 30 (first member) is fitted into the bearing portion 3C. The bearing metal 30 is a sliding bearing in which a strip-shaped metal piece is formed in an annular shape, similar to the bearing metal 20 described above. In the bearing structure portion, the bearing metal 30 is a bearing member, and the crank journal 71 (second member) is a shaft member.

軸受けメタル30は、クランクジャーナル71が挿通される円筒型の内周面30A(第1摺動面)を有している。クランクジャーナル71は、断面が真円の円柱型の部材であり、内周面30Aと径方向に所定の隙間Gを置いて対峙する外周面71A(第2摺動面)を外周に有している。クランクジャーナル71の内部には、上述した低粘度オイルの流通用のジャーナル流路67が備えられ、外周面71Aには前記オイルの吐出口67Aが開口している。そして、内周面30Aは、クランクジャーナル71の軸方向と直交する断面(図4Bの断面)において、外周面71Aとの対峙方向へ張り出す張出形状部M2を備えている。なお、図4Bにおいても張出形状部M2が誇張して描かれているが、実際には目視では判別困難なミクロンオーダーの張り出しを有する形状である。   The bearing metal 30 has a cylindrical inner peripheral surface 30A (first sliding surface) through which the crank journal 71 is inserted. The crank journal 71 is a cylindrical member whose cross section is a perfect circle, and has an outer peripheral surface 71A (second sliding surface) facing the inner peripheral surface 30A with a predetermined gap G in the radial direction on the outer periphery. Yes. The crank journal 71 is provided with the above-described journal flow passage 67 for circulating low-viscosity oil, and the oil discharge port 67A is opened on the outer peripheral surface 71A. And 30 A of inner peripheral surfaces are provided with the overhang | projection shape part M2 which protrudes in the crossing direction orthogonal to the axial direction of the crank journal 71 (cross section of FIG. 4B) with 71 A of outer peripheral surfaces. In FIG. 4B, the overhanging shape portion M2 is exaggeratedly drawn, but in actuality, it is a shape having a micron-order overhang that is difficult to visually distinguish.

張出形状部M2は、上述の張出形状部M1と同じ形状を有している。すなわち、張出形状部M2は、内周面30Aの周方向一周で一つの張出を形成しており、頂部Pと裾部Qとを有している。頂部Pにおける隙間Gの幅が最小隙間h1であり、裾部Qにおける隙間Gの幅が最大隙間h2である。なお、張出形状部M2は、内周面30A又は外周面71Aの少なくとも一方に存在していれば良く、外周面71Aに設けられていても、或いは、内周面30A及び外周面71Aの双方に設けられていても良い。また、周方向に複数の張出形状部M2が連設されている構造としても良い。   The overhang shape portion M2 has the same shape as the overhang shape portion M1 described above. That is, the overhang shape portion M2 forms one overhang on the circumference of the inner peripheral surface 30A in the circumferential direction, and has a top portion P and a skirt portion Q. The width of the gap G at the top P is the minimum gap h1, and the width of the gap G at the skirt Q is the maximum gap h2. The overhanging shape portion M2 only needs to be present on at least one of the inner peripheral surface 30A and the outer peripheral surface 71A, or may be provided on the outer peripheral surface 71A, or both the inner peripheral surface 30A and the outer peripheral surface 71A. May be provided. Moreover, it is good also as a structure where the some overhang | projection shape part M2 is provided in a line by the circumferential direction.

張出形状部M2は、図4Bの時計方向において、裾部Qから頂部Pに亘って、徐々に外周面71Aに向けての張出が大きくなる形状を有する。つまり、張出形状部M2の軸方向と直交する断面形状は、内周面30Aの一周回の間に軸受け部3Cの孔心に向けて徐々に径小となる螺旋形状を有する。そして、前記断面形状は、頂部Pにおいて最も突出し、続いて径方向外側へ急激に退行して、裾部Qに繋がっている。換言すると、内周面30Aと外周面71Aとの間の隙間Gは、裾部Qの最大隙間h2から、時計方向に周回するに連れて幅狭となり、頂部Pにおいて最小隙間h1となっている。さらに時計方向に周回すると、隙間Gは急激に広くなり、最大隙間h2となる。上述のオイル供給機構60は、所定のタイミングで、吐出口67Aから隙間Gに低粘度オイルを供給する。   The overhanging shape portion M2 has a shape in which the overhang toward the outer peripheral surface 71A gradually increases from the skirt portion Q to the top portion P in the clockwise direction of FIG. 4B. That is, the cross-sectional shape orthogonal to the axial direction of the projecting shape portion M2 has a spiral shape that gradually decreases in diameter toward the hole center of the bearing portion 3C during one round of the inner peripheral surface 30A. The cross-sectional shape protrudes most at the top portion P, and then retreats rapidly outward in the radial direction, and is connected to the skirt portion Q. In other words, the gap G between the inner peripheral surface 30A and the outer peripheral surface 71A becomes narrower as it circulates clockwise from the maximum gap h2 of the skirt Q, and becomes the minimum gap h1 at the top P. . Further, when it goes around in the clockwise direction, the gap G widens rapidly and becomes the maximum gap h2. The oil supply mechanism 60 described above supplies low-viscosity oil to the gap G from the discharge port 67A at a predetermined timing.

クランクピン72用の軸受けメタル20の場合と同様に、内周面30Aの一部には、オイル供給機構60から供給される低粘度オイルに対して親油性を有する親油処理部31(親和性を有する領域)が設けられている。内周面30Aの、親油処理部31の形成領域以外の領域(第2領域)は、前記低粘度オイルに対して親油性を示さない非親油部32(非親和性を有する領域)とされている。親油処理部31が設けられる領域は、ピストン5からコンロッド8が受ける筒内最高燃焼圧力Pmaxに伴う荷重の伝達経路となる領域(第1領域)である。この点については、後記で詳述する。   As in the case of the bearing metal 20 for the crankpin 72, a part of the inner peripheral surface 30A has an oleophilic treatment part 31 (affinity) having oleophilicity with respect to the low-viscosity oil supplied from the oil supply mechanism 60. Region) is provided. The region (second region) other than the region where the lipophilic treatment part 31 is formed on the inner peripheral surface 30A is a non-lipophilic part 32 (region having non-affinity) that does not exhibit lipophilicity to the low-viscosity oil. Has been. The region where the oleophilic treatment unit 31 is provided is a region (first region) serving as a transmission path of a load accompanying the in-cylinder maximum combustion pressure Pmax received by the connecting rod 8 from the piston 5. This will be described in detail later.

図5は、ピストン5が上死点にあるときの、クランク軸7の状態を示す断面図、図6は、上死点からクランク角が進行したときの、クランク軸7の状態を示す断面図である。ピストン5が上死点にあるとき、コンロッド8のスモールエンド8Aの軸心とビッグエンド8Bの軸心とを結ぶ線分Aと、クランクジャーナル71の軸心からクランクピン72の軸心へ延びるアーム軸Bとは、同じ線上に並ぶ。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing the state of the crankshaft 7 when the piston 5 is at top dead center, and FIG. 6 is a cross-sectional view showing the state of the crankshaft 7 when the crank angle is advanced from the top dead center. It is. When the piston 5 is at top dead center, a line segment A connecting the axis of the small end 8A of the connecting rod 8 and the axis of the big end 8B, and an arm extending from the axis of the crank journal 71 to the axis of the crank pin 72 Axis B is aligned on the same line.

図6に示すように、クランク角が進行すると、線分Aとアーム軸Bとはクランク角に応じた角度をなして交差するようになる。そうすると、コンロッド8のビッグエンド8Bにおいて、クランクピン72は軸受けメタル20に対して相対回転し、各々の摺動面である内周面20A及び外周面72Aは、各々の摺動方向へ相対的に移動する。この場合、内周面20A(軸受けメタル20)の摺動方向は、反時計方向に向かう摺動方向C1であり、外周面72A(クランクピン72)の摺動方向は、クランクピン72の公転方向である時計方向に向かう摺動方向D1である。   As shown in FIG. 6, when the crank angle advances, the line segment A and the arm axis B intersect at an angle corresponding to the crank angle. Then, at the big end 8B of the connecting rod 8, the crank pin 72 rotates relative to the bearing metal 20, and the inner peripheral surface 20A and the outer peripheral surface 72A, which are the respective sliding surfaces, relatively move in the respective sliding directions. Moving. In this case, the sliding direction of the inner circumferential surface 20A (bearing metal 20) is a sliding direction C1 that goes counterclockwise, and the sliding direction of the outer circumferential surface 72A (crank pin 72) is the revolution direction of the crank pin 72. It is the sliding direction D1 which goes to the clockwise direction which is.

また、軸受け部3Cにおいて、クランクジャーナル71は軸受けメタル30に対して相対回転し、各々の摺動面である内周面30A及び外周面71Aは、各々の摺動方向へ相対的に移動する。この場合、内周面30A(軸受けメタル30)の摺動方向は、反時計方向に向かう摺動方向C2であり、外周面71A(クランクジャーナル71)の摺動方向は、クランクジャーナル71の自転方向である時計方向に向かう摺動方向D2である。   In the bearing portion 3C, the crank journal 71 rotates relative to the bearing metal 30, and the inner peripheral surface 30A and the outer peripheral surface 71A, which are the respective sliding surfaces, move relatively in the respective sliding directions. In this case, the sliding direction of the inner circumferential surface 30A (bearing metal 30) is a sliding direction C2 that goes counterclockwise, and the sliding direction of the outer circumferential surface 71A (crank journal 71) is the rotation direction of the crank journal 71. It is the sliding direction D2 which goes to the clockwise direction which is.

本実施形態では、張出形状部M1、M2は、それぞれ軸受けメタル20、30側に設けられている。つまり、摺動方向C1、C2へ移動する内周面20A、30Aに設けられている。この場合、張出形状部M1、M2の裾部Qは各々、摺動方向C1、C2の下流側に設けられる。つまり、摺動方向C1、C2において、頂部Pが最も上流側に位置し、周方向に一周回して裾部Qが最も下流側に位置している。   In the present embodiment, the overhanging portions M1 and M2 are provided on the bearing metal 20 and 30 sides, respectively. That is, it is provided on the inner peripheral surfaces 20A and 30A that move in the sliding directions C1 and C2. In this case, the skirt portions Q of the projecting shape portions M1 and M2 are provided on the downstream side of the sliding directions C1 and C2, respectively. That is, in the sliding directions C1 and C2, the top portion P is located on the most upstream side, and the skirt portion Q is located on the most downstream side by making a round in the circumferential direction.

このような張出形状部M1、M2とされることで、内周面20A、30Aが外周面72A、71Aに対して相対的に摺動すると、隙間Gに存在する流体にそれぞれ、摺動方向C1、C2とは逆方向の矢印E1、E2方向(流体流入方向E1、E2)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。ここで、内周面20A、30Aのプロファイルを適正化することにより、内周面20A、30Aは外周面72A、71Aに対して浮揚(摺動浮揚)するようになる。この摺動浮揚により、内周面20A、30Aと外周面72A、71Aとの間の摺動抵抗を格段に低減することができる。以下、摺動浮揚を実現する張出形状部M1、M2のプロファイルについて説明する。   When the inner peripheral surfaces 20A and 30A slide relative to the outer peripheral surfaces 72A and 71A by the projecting shape portions M1 and M2, the sliding direction of the fluid existing in the gap G is different. Flows in the directions of arrows E1 and E2 (fluid inflow directions E1 and E2) opposite to C1 and C2 occur. That is, the fluid flows from the skirt Q toward the top P. Here, by optimizing the profiles of the inner peripheral surfaces 20A, 30A, the inner peripheral surfaces 20A, 30A are levitated (sliding levitated) with respect to the outer peripheral surfaces 72A, 71A. By this sliding levitation, the sliding resistance between the inner peripheral surfaces 20A, 30A and the outer peripheral surfaces 72A, 71A can be significantly reduced. Hereinafter, the profiles of the overhanging portions M1 and M2 that realize sliding levitation will be described.

[摺動面のプロファイル]
図7Aは、摺動面のプロファイルの説明図であって、軸受けメタル20の環状の内周面20A(第1摺動面)と、円柱型のクランクピン72の外周面72Aとを平面状に展開した模式図である。なお、この展開図は、軸受けメタル30の内周面30Aとクランクジャーナル71の外周面71Aとの関係にも当て嵌まる。
[Sliding surface profile]
FIG. 7A is an explanatory diagram of the profile of the sliding surface, and the annular inner peripheral surface 20A (first sliding surface) of the bearing metal 20 and the outer peripheral surface 72A of the cylindrical crankpin 72 are planarized. It is the expanded schematic diagram. This development view also applies to the relationship between the inner peripheral surface 30A of the bearing metal 30 and the outer peripheral surface 71A of the crank journal 71.

上述の通り、内周面20Aと外周面72Aとは隙間Gを介して対峙している。内周面20Aが有する張出形状部M1は、最も外周面72A側に張り出した頂部Pを有し、摺動方向C1の下流端に最も外周面72A側への張り出しが小さい裾部Qを有している。軸受けメタル20の相対移動により内周面20Aに摺動方向C1へ速度uが与えられると、図中に流体流入方向E1で示す通り、周辺に存在する流体Fが裾部Q側から隙間Gに引き込まれる。行き場を失った流体Fは、内周面20Aと外周面72A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、内周面20Aを外周面72Aから浮揚させるように作用する(摺動浮揚)。内周面20A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。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。   As described above, the inner circumferential surface 20 </ b> A and the outer circumferential surface 72 </ b> A are opposed to each other through the gap G. The protruding shape portion M1 of the inner peripheral surface 20A has a top portion P that protrudes to the outermost peripheral surface 72A side, and has a skirt portion Q that has the smallest protrusion to the outer peripheral surface 72A side at the downstream end in the sliding direction C1. doing. When the velocity u is given to the inner peripheral surface 20A in the sliding direction C1 by the relative movement of the bearing metal 20, the fluid F existing in the vicinity is moved from the skirt Q side to the gap G as shown by the fluid inflow direction E1 in the figure. Be drawn. The fluid F that has lost its destination generates a drag in a direction in which the space between the inner peripheral surface 20A and the outer peripheral surface 72A is enlarged. This drag acts to float the inner peripheral surface 20A from the outer peripheral surface 72A (sliding levitation). The inner peripheral surface 20A is set to a profile in which such sliding levitation is well expressed. The fluid F is, for example, air, water, or low viscosity oil of 0W-20 class, and particularly preferably air.

図7Aに示すように、張出形状部M1の頂部Pと外周面72Aとの間の隙間を最小隙間h1、裾部Qと外周面72Aとの間の隙間を最大隙間h2とし、両者の比率h2/h1を隙間比m(h2−h1に相当する)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に応じた隙間比mを設定することが肝要となる。最大隙間h2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. 7A, the gap between the apex P of the overhanging portion M1 and the outer peripheral surface 72A is the minimum gap h1, and the gap between the skirt Q and the outer peripheral surface 72A is the maximum gap h2. Let h2 / h1 be the gap ratio m (corresponding to h2-h1). 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 gap ratio m according to the minimum gap h1. The maximum gap h2 is naturally determined by setting h1 and m.

ここで、摺動浮揚の作用を効果的に得ることのできる内周面20Aのプロファイルについて、図7Bを参照して説明する。図7B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。   Here, the profile of the inner peripheral surface 20A that can effectively obtain the action of sliding levitation will be described with reference to FIG. 7B. FIG. 7B 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 0006572925
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 0006572925

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7B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7B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. 7B). 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. 7B), 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){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8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8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. 8 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9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9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9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. 9 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. 9 shows the maximum value of the load applied to the sliding surface Sa that slides along a predetermined sliding surface with the reciprocation 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. In addition, the graph of FIG. 9 has shown that the clearance ratio m also changes with the change of the minimum clearance h1.

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9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. 9, lines L2, L3, and L4 in which the friction coefficient μ is increased by + 20% as compared with the friction coefficient μ in the optimum minimum gap h1, that is, the lowest friction coefficient μ, are respectively added to FIG. 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(クランク軸7の回転時)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、軸受けメタル20及びクランクピン72は高熱を帯びて熱膨張し得る。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 a range of the minimum gap h1 that should be ensured during operation of the engine body 1 (when the crankshaft 7 rotates). When the engine main body 1 is operated, the bearing metal 20 and the crankpin 72 may be hot and expand thermally. 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)、図9から明らかな通り、内周面20Aと外周面72Aとの間の摩擦を最も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、軸受けメタル20及びクランクピン72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), as is clear from FIG. 9, the friction between the inner peripheral surface 20A and the outer peripheral surface 72A can be minimized. When air levitation is adopted, the minimum clearance at room temperature is taken into consideration in consideration of the thermal expansion of the bearing metal 20 and the crank pin 72 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 determine the design value of h1.

ここで、内周面20A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、内周面20Aが粗い面であると、最小隙間h1の精度が低下する。従って、内周面20A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 inner peripheral surface 20A is desirably a surface having high smoothness. Since the minimum gap h1 is selected within a minute length range of 0.5 μm to 40 μm, if the inner peripheral surface 20A is a rough surface, the accuracy of the minimum gap h1 decreases. Therefore, the inner peripheral surface 20A is desirably a smooth surface having a surface roughness (arithmetic average roughness Ra) of 0.4 μm or less.

また、内周面20Aを有する軸受けメタル20とクランクピン72とは、同一材質とすることが望ましい。同様に、軸受けメタル21とクランクジャーナル71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、少なくとも軸受けメタル20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 bearing metal 20 having the inner peripheral surface 20A and the crank pin 72 are preferably made of the same material. Similarly, the bearing metal 21 and the crank journal 71 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 that at least the bearing metal 20 is formed of a metal having a small linear expansion coefficient, for example, stainless steel (forged product), because the length variation of the gap G can be suppressed.

図7Aでは、内周面20Aの張出形状部M1が、裾部Qから頂部Pへ向けて一定の割合で突出高さが高くなっている態様を例示している。しかし、張出形状部M1は、摺動方向C1において、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)とが肝要であって、両者間の形状については、その態様を問わない。頂部Pと裾部Qとの間において、緩い膨らみ、窪みを持つ張出形状部M1、或いは頂部Pと裾部Qとの間において階段状に突出高さが変化するような張出形状部M1としても良い。   FIG. 7A illustrates an example in which the protruding shape portion M1 of the inner peripheral surface 20A has a protruding height that increases from the skirt portion Q toward the top portion P at a certain rate. However, the projecting shape portion M1 has an essential part in the sliding direction C1 that forms the minimum gap h1 (top portion P) and a portion that forms the maximum gap h2 (hem portion Q). About a shape, the aspect is not ask | required. An overhanging shape portion M1 having a loose bulge and a depression between the top portion P and the bottom portion Q, or an overhanging shape portion M1 in which the projecting height changes in a stepped manner between the top portion P and the bottom portion Q. It is also good.

図10(A)は、隙間比mが適正値(m=2.2)である場合の内周面20Aの浮揚状態を示す図、図10(B)は、隙間比mが適正値よりも大きい場合の内周面20A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、内周面20Aに速度uが与えられると、図10(A)に示す通り、周辺の流体Fが内周面20Aと外周面72A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、内周面20Aを外周面72Aから離間させる抗力(浮揚力)が発生し、内周面20Aが外周面72Aから浮揚する。   FIG. 10A is a diagram illustrating a floating state of the inner peripheral surface 20A when the gap ratio m is an appropriate value (m = 2.2), and FIG. 10B is a diagram in which the gap ratio m is less than the appropriate value. It is a figure which shows the floating state of 20 A of internal peripheral surfaces in the case of being large. When the minimum gap h1 is set in 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 inner peripheral surface 20A, the state shown in FIG. As a result, the surrounding fluid F flows into the gap G between the inner peripheral surface 20A and the outer peripheral surface 72A. 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 inner peripheral surface 20A from the outer peripheral surface 72A is generated, and the inner peripheral surface 20A floats from the outer peripheral surface 72A.

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10(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、内周面20A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 gap ratio m is larger than an appropriate value, the inner peripheral surface 20A 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.

[摺動浮揚の阻害要因について]
クランク機構の軸受け構造部には、燃焼工程の爆発荷重(筒内燃焼圧力)がピストン5に加わった際に、コンロッド8を介して高い荷重が伝達される。とりわけ、筒内最高燃焼圧力Pmaxが発生するタイミングにおいて、高荷重が前記軸受け構造部に伝達されることになる。このような高荷重は、摺動浮揚時において隙間Gを置いて対峙する軸受けメタル20の内周面20Aとクランクピン72の外周面72A、及び、軸受けメタル30の内周面30Aとクランクジャーナル71の外周面71Aを接近又は衝突させ、浮揚効果の低減若しくは消失を招来させることがある。この点について、図11、図12に基づいて説明する。
[Inhibiting factors of sliding levitation]
A high load is transmitted to the bearing structure portion of the crank mechanism via the connecting rod 8 when an explosion load (in-cylinder combustion pressure) in the combustion process is applied to the piston 5. In particular, at the timing when the in-cylinder maximum combustion pressure Pmax is generated, a high load is transmitted to the bearing structure. Such a high load causes the inner peripheral surface 20A of the bearing metal 20 and the outer peripheral surface 72A of the crank pin 72 that face each other with a gap G during sliding levitation, and the inner peripheral surface 30A of the bearing metal 30 and the crank journal 71. The outer peripheral surface 71A may be approached or collided to reduce or eliminate the levitation effect. This point will be described with reference to FIGS.

図11は、圧縮自己着火型エンジンの筒内燃焼圧力(P)とクランク角との関係を示すグラフである。本実施形態のエンジン本体1として、例えばHCCI燃焼(予混合圧縮着火燃焼)方式などの、圧縮自己着火型エンジンを好適に用いることができる。図11に示すように、圧縮自己着火型エンジンでは、筒内最高燃焼圧力Pmaxが、クランク角が圧縮上死点TDCから10°程度進行したタイミングに発生することが多い。また、筒内燃焼圧力が高いのは、Pmaxを中心とする±10°の範囲、つまり、クランク角=0°〜20°の範囲である。   FIG. 11 is a graph showing the relationship between in-cylinder combustion pressure (P) and crank angle of a compression self-ignition engine. As the engine main body 1 of the present embodiment, a compression self-ignition engine such as an HCCI combustion (premixed compression ignition combustion) system can be suitably used. As shown in FIG. 11, in a compression self-ignition engine, the in-cylinder maximum combustion pressure Pmax often occurs at a timing when the crank angle advances about 10 ° from the compression top dead center TDC. Further, the in-cylinder combustion pressure is high in a range of ± 10 ° centered on Pmax, that is, in a range of crank angle = 0 ° to 20 °.

図12は、エンジン本体1が図11に示すような燃焼圧力特性を有するとした場合に、筒内最高燃焼圧力Pmaxに相当する荷重がコンロッド8からクランク軸7へ作用している状態を示す図である。図12では、コンロッド8の傾き角α=10°付近(クランク角=10°付近)であることを想定しているが、理解を容易とするために実際の傾き角αよりも大きくコンロッド8が傾いているように描いている。   FIG. 12 is a diagram showing a state in which a load corresponding to the in-cylinder maximum combustion pressure Pmax is applied from the connecting rod 8 to the crankshaft 7 when the engine body 1 has the combustion pressure characteristics as shown in FIG. It is. In FIG. 12, it is assumed that the inclination angle α of the connecting rod 8 is around 10 ° (crank angle = 10 °). However, in order to facilitate understanding, the connecting rod 8 is larger than the actual inclination angle α. It is drawn as if it is tilted.

また、図12に記入されている点y1、y2、y3、y4は、図5に示された点y1、y2、y3、y4の、クランク角進行後の位置を示している。図5の点y1、y2は、クランク角=0°のときに線分Aと交差する、軸受けメタル20の内周面20A、クランクピン72の外周面72A上の点(スモールエンド8Aに近い側の交差点)である。また、図5の点y3、y4は、クランク角=0°のときに線分Aの延長線と交差する、軸受けメタル30の内周面30A、クランクジャーナル71の外周面71A(クランクピン72から遠い側の交差点)である。点y1は、コンロッド8に固定された軸受けメタル20の内周面20A上の点であるので、常に線分A上に位置する。点y2は、クランクピン72の公転によって時計方向に移動する。点y3は、ロアシリンダブロック3Aの軸受け部3Cに固定された軸受けメタル30上の点であるので、不動である。点y4は、クランク軸7の自転に応じて時計方向に移動する。   Also, the points y1, y2, y3, y4 entered in FIG. 12 indicate the positions of the points y1, y2, y3, y4 shown in FIG. Points y1 and y2 in FIG. 5 are points on the inner peripheral surface 20A of the bearing metal 20 and the outer peripheral surface 72A of the crank pin 72 (the side closer to the small end 8A) that intersects the line segment A when the crank angle = 0 °. Intersection). Further, the points y3 and y4 in FIG. 5 are the inner peripheral surface 30A of the bearing metal 30 and the outer peripheral surface 71A of the crank journal 71 (from the crank pin 72) that intersect the extended line of the line segment A when the crank angle = 0 °. (The intersection on the far side). Since the point y1 is a point on the inner peripheral surface 20A of the bearing metal 20 fixed to the connecting rod 8, it is always located on the line segment A. The point y2 moves in the clockwise direction by the revolution of the crankpin 72. Since the point y3 is a point on the bearing metal 30 fixed to the bearing portion 3C of the lower cylinder block 3A, it does not move. The point y4 moves clockwise according to the rotation of the crankshaft 7.

筒内最高燃焼圧力Pmaxの荷重Wがクランク軸7に加わった際、コンロッド8の軸受けメタル20とクランクピン72との軸受け構造部においては、点y1の周辺が高荷重の作用する高荷重領域HW1となる。また、クランクピン72に筒内最高燃焼圧力Pmaxが加わると、クランクアーム73を介してクランクジャーナル71に伝達される。つまり、軸受けメタル30とクランクジャーナル71との軸受け構造部においては、軸部材側から軸受け部材側へ荷重Wが伝達されるので、アーム軸Bとクランクピン72に対して遠い側の外周面71Aとの交差点である点y4の周辺が、高荷重の作用する高荷重領域HW2となる。これら高荷重領域HW1、HW2が、筒内最高燃焼圧力Pmaxの荷重Wの伝達経路となる領域である。   When a load W of the in-cylinder maximum combustion pressure Pmax is applied to the crankshaft 7, in the bearing structure portion of the bearing metal 20 of the connecting rod 8 and the crankpin 72, the area around the point y1 is a high load region HW1 where a high load acts. It becomes. Further, when the in-cylinder maximum combustion pressure Pmax is applied to the crankpin 72, it is transmitted to the crank journal 71 via the crank arm 73. That is, in the bearing structure portion of the bearing metal 30 and the crank journal 71, since the load W is transmitted from the shaft member side to the bearing member side, the outer peripheral surface 71A far from the arm shaft B and the crank pin 72 The vicinity of the point y4, which is the intersection of, becomes a high load region HW2 where a high load acts. These high load areas HW1 and HW2 are areas that serve as a transmission path for the load W of the in-cylinder maximum combustion pressure Pmax.

なお、高荷重領域HW1に荷重Wが加わると、クランクピン72の慣性力により、高荷重領域HW1と軸受けメタル20の中心点を挟んで反対側の領域も、高荷重領域HW1Rとなる場合がある。同様に、高荷重領域HW2と軸受けメタル30の中心点を挟んで反対側の領域も、高荷重領域HW2Rとなる場合がある。   When a load W is applied to the high load region HW1, the region on the opposite side of the center point between the high load region HW1 and the bearing metal 20 may become the high load region HW1R due to the inertial force of the crank pin 72. . Similarly, the region on the opposite side across the center point of the high load region HW2 and the bearing metal 30 may be the high load region HW2R.

[親油性領域の形成]
上述の通り、少なくとも筒内最高燃焼圧力Pmaxが直接加わる高荷重領域HW1、HW2においては、荷重Wが過大となって摺動浮揚が成立しなくなる可能性がある。そこで、本実施形態では、高荷重領域HW1、HW2に常に潤滑性流体(例えば低粘度オイル0W−20等)が存在するようにして、内周面20Aと外周面72Aとの間、若しくは内周面30Aと外周面71Aとの間で接触が生じた場合でも、摩擦抵抗が増大させないようにしている。なお、ここでは内周面20Aと外周面72Aとの間、及び内周面30Aと外周面71Aとの間の隙間Gに流入される流体Fが空気である場合(空気浮揚)を想定している。
[Formation of lipophilic area]
As described above, at least in the high load regions HW1 and HW2 to which the in-cylinder maximum combustion pressure Pmax is directly applied, there is a possibility that the load W becomes excessive and sliding levitation may not be established. Therefore, in the present embodiment, a lubricating fluid (for example, low-viscosity oil 0W-20 or the like) always exists in the high load areas HW1 and HW2, and between the inner peripheral surface 20A and the outer peripheral surface 72A, or the inner periphery. Even when contact occurs between the surface 30A and the outer peripheral surface 71A, the frictional resistance is not increased. Here, it is assumed that the fluid F flowing into the gap G between the inner peripheral surface 20A and the outer peripheral surface 72A and between the inner peripheral surface 30A and the outer peripheral surface 71A is air (air levitation). Yes.

図4Aに示す例では、高荷重領域HW1に相当する範囲において、軸受けメタル20の内周面20Aに親油処理部21を設ける一方、親油処理部21の形成領域以外の領域が非親油部22とされている例を示している。潤滑性流体として低粘度オイル0W−20が用いられる場合、親油処理部21は0W−20に対して親油性を示す処理が施された部分とされ、非親油部22は0W−20に対して親油性を示さない部分とされる。従って、内周面20Aにおいて、親油処理部21の領域のみ、常時0W−20にて常時湿潤された状態とすることができる。   In the example shown in FIG. 4A, the lipophilic treatment part 21 is provided on the inner peripheral surface 20A of the bearing metal 20 in the range corresponding to the high load area HW1, while the areas other than the formation area of the lipophilic treatment part 21 are non-lipophilic. An example of the unit 22 is shown. When the low-viscosity oil 0W-20 is used as the lubricating fluid, the oleophilic treatment part 21 is a part that has been subjected to a treatment showing oleophilicity to 0W-20, and the non-lipophilic part 22 is 0W-20. On the other hand, it is a part that does not show lipophilicity. Therefore, in the inner peripheral surface 20A, only the region of the lipophilic treatment section 21 can be always wetted at 0W-20.

図4Bに示す例では、高荷重領域HW2に相当する範囲において、軸受けメタル30の内周面30Aに親油処理部31を設ける一方、親油処理部31の形成領域以外の領域が非親油部32とされている例を示している。潤滑性流体として低粘度オイル0W−20が用いられる場合、同様に親油処理部31は0W−20に対して親油性を示す処理が施された部分とされ、非親油部32は0W−20に対して親油性を示さない部分とされる。従って、内周面30Aにおいて、親油処理部31の領域のみ、常時0W−20にて常時湿潤された状態とすることができる。   In the example shown in FIG. 4B, the lipophilic treatment part 31 is provided on the inner peripheral surface 30A of the bearing metal 30 in the range corresponding to the high load area HW2, while the areas other than the formation area of the lipophilic treatment part 31 are non-lipophilic. An example of the unit 32 is shown. When low-viscosity oil 0W-20 is used as the lubricating fluid, similarly, the lipophilic treatment part 31 is a part that has been subjected to a treatment that exhibits lipophilicity to 0W-20, and the non-lipophilic part 32 is 0W- 20 is a part that does not exhibit lipophilicity. Therefore, in the inner peripheral surface 30A, only the region of the lipophilic treatment section 31 can be always wetted at 0W-20.

親油処理部21、31への低粘度オイル0W−20の供給は、オイル供給機構60による吐出口69A、67Aから行われる。吐出口69A、67Aは、軸受けメタル20、30の相対的な摺動方向C1、C2(図6)において直ぐ下流側に配置されている。このため、吐出口69A、67Aから吐出された低粘度オイル0W−20は、直ちに親油処理部21、31に担持される。吐出口69A、67Aからのオイルの吐出は、制御部80(図2)がオイルポンプ61を所定のタイミングで駆動することによって実行される。   The low-viscosity oil 0W-20 is supplied to the lipophilic processing units 21 and 31 from the discharge ports 69A and 67A by the oil supply mechanism 60. The discharge ports 69A and 67A are arranged immediately downstream in the relative sliding directions C1 and C2 of the bearing metals 20 and 30 (FIG. 6). For this reason, the low-viscosity oil 0W-20 discharged from the discharge ports 69A and 67A is immediately carried on the lipophilic treatment units 21 and 31. The oil is discharged from the discharge ports 69A and 67A by the controller 80 (FIG. 2) driving the oil pump 61 at a predetermined timing.

親油処理部21、31は、親油性材料の内周面20A、30Aの高荷重領域HW1、HW2への塗布、蒸着、コーティング、或いは親油性材料片の接着などにより形成することができる。例えば、親油性材料としてのテフロン(登録商標)を内周面20A、30Aへ塗布することによって形成される親油処理部21、31は、好適な実施形態の一つである。一方、非親油部22、32は、内周面20A、30A自体がオイルをはじく撥油性を具備している場合は、当該内周面20A、30Aに特段処理を施さないことで形成することができる。撥油性が弱い場合には、非親油部22、32に相当する領域に撥油性材料を塗布する等の処理を施すことが望ましい。   The oleophilic treatment parts 21 and 31 can be formed by applying, evaporating, coating, or adhering oleophilic material pieces to the high-load areas HW1 and HW2 of the inner peripheral surfaces 20A and 30A of the oleophilic material. For example, the lipophilic treatment parts 21 and 31 formed by applying Teflon (registered trademark) as a lipophilic material to the inner peripheral surfaces 20A and 30A is one of the preferred embodiments. On the other hand, when the inner peripheral surfaces 20A and 30A themselves have oil repellency that repels oil, the non-lipophilic portions 22 and 32 are formed by not performing special treatment on the inner peripheral surfaces 20A and 30A. Can do. When the oil repellency is weak, it is desirable to perform a process such as applying an oil repellant material to the regions corresponding to the non-lipophilic portions 22 and 32.

親油処理部21、31は、内周面20A、30Aの高荷重領域HW1、HW2を、オイル含浸性の表層を有する構成とすることによっても形成することができる。例えば、高荷重領域HW1、HW2において内周面20A、30Aに溝を設け、この溝にオイルを保持することが可能な多孔質の部材を嵌め入れることによって、オイル含浸性の表層からなる親油処理部21、31を形成することができる。前記多孔質の部材としては、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、炭化ケイ素、アルミナ又はジルコニア等のセラミックスの多孔質体等を例示することができる。   The oleophilic treatment parts 21 and 31 can also be formed by forming the high load areas HW1 and HW2 of the inner peripheral surfaces 20A and 30A with an oil-impregnated surface layer. For example, in the high load areas HW1 and HW2, a groove is formed on the inner peripheral surfaces 20A and 30A, and a porous member capable of retaining oil is fitted into the groove, thereby providing a lipophilic oil composed of an oil-impregnated surface layer. The processing units 21 and 31 can be formed. Examples of the porous member include foamed metal obtained by foam molding of a metal material kneaded with a foaming agent, and a porous body of ceramics such as silicon carbide, alumina, or zirconia.

図4A、図4Bでは軸受け部材側、つまり軸受けメタル20、30の内周面20A、30Aに親油処理部21、31を設ける例を示したが、これらは高荷重領域HW1、HW2の、軸部材側(クランクピン72の外周面72A、クランクジャーナル71の外周面71A)に設けられていても、軸受け部材側及び軸部材側の双方に設けられていても良い。また、慣性力によって高荷重が加わる高荷重領域HW1R、HW2Rにおいても、軸受け部材側及び軸部材側の少なくとも一方に親油処理部21、31を設けるようにしても良い。   4A and 4B show an example in which the lipophilic treatment portions 21 and 31 are provided on the bearing member side, that is, the inner peripheral surfaces 20A and 30A of the bearing metals 20 and 30, but these are the shafts of the high load regions HW1 and HW2. It may be provided on the member side (the outer peripheral surface 72A of the crank pin 72 and the outer peripheral surface 71A of the crank journal 71) or may be provided on both the bearing member side and the shaft member side. Also in the high load areas HW1R and HW2R where a high load is applied by inertial force, the lipophilic treatment parts 21 and 31 may be provided on at least one of the bearing member side and the shaft member side.

図13、図14に、エンジン本体1が、筒内最高燃焼圧力Pmaxの発生するタイミングが、クランク角=0°〜20°の範囲である圧縮自己着火型エンジンである場合における、好ましい親油処理部21、31の形成例を示す。図13及び図14では、親油処理部21、31がテフロン(登録商標)などの親油性材料を塗布してなる塗布部23、25、33、35であり、非親油部22、32が前記親油性材料の塗布されない撥油部24、26、34、36である例を示す。   FIG. 13 and FIG. 14 show a preferred lipophilic treatment when the engine body 1 is a compression self-ignition engine in which the timing at which the in-cylinder maximum combustion pressure Pmax is generated is a crank angle = 0 ° to 20 °. An example of forming the portions 21 and 31 is shown. In FIG.13 and FIG.14, the lipophilic process parts 21 and 31 are the application parts 23, 25, 33, and 35 which apply | coat lipophilic materials, such as Teflon (trademark), and the non-lipophilic parts 22 and 32 are shown. The example which is the oil-repellent part 24,26,34,36 to which the said lipophilic material is not apply | coated is shown.

図13(A)は、クランクピン72用の軸受けメタル20への親油処理例を示す斜視図である。軸受けメタル20の内周面20Aでは、軸受けメタル20の中心点と点y1とを結ぶラインを角中心とするθ1=TDC±10°の円弧部分が、筒内最高燃焼圧力Pmaxの伝達経路となる高荷重領域HW1に対応する第1領域K1である。この第1領域K1を除く内周面20Aの他の領域が第2領域K2となる。上記の第1領域K1が塗布部23とされ、第2領域K2が撥油部24とされる。   FIG. 13A is a perspective view showing an example of a lipophilic treatment for the bearing metal 20 for the crankpin 72. On the inner peripheral surface 20A of the bearing metal 20, an arc portion of θ1 = TDC ± 10 ° centering on a line connecting the center point of the bearing metal 20 and the point y1 serves as a transmission path of the in-cylinder maximum combustion pressure Pmax. It is the 1st field K1 corresponding to high load field HW1. The other area of the inner peripheral surface 20A excluding the first area K1 is the second area K2. The first region K1 is the application part 23, and the second region K2 is the oil repellent part 24.

図13(B)はクランクピン72の外周面72Aへの親油処理例を示す斜視図である。この外周面72Aでは、クランクピン72の中心点と点y2とを結ぶラインから摺動方向D1とは逆方向の20°の範囲が、高荷重領域HW1に対応する第1領域K1となる。つまり、θ2=TDC〜−20°の円弧部分が第1領域K1である。この第1領域K1を除く外周面72Aの他の領域が第2領域K2となる。上記の第1領域K1が塗布部25とされ、第2領域K2が撥油部26とされる。   FIG. 13B is a perspective view showing an example of a lipophilic treatment on the outer peripheral surface 72A of the crankpin 72. FIG. In this outer peripheral surface 72A, a range of 20 ° in the direction opposite to the sliding direction D1 from the line connecting the center point of the crank pin 72 and the point y2 is the first region K1 corresponding to the high load region HW1. That is, the arc portion of θ2 = TDC to −20 ° is the first region K1. The other area of the outer peripheral surface 72A excluding the first area K1 is the second area K2. The first region K1 is the application part 25, and the second region K2 is the oil repellent part 26.

図14(A)は、クランクジャーナル71用の軸受けメタル30への親油処理例を示す斜視図である。軸受けメタル30の内周面30Aでは、軸受けメタル30の中心点と点y3とを結ぶラインから摺動方向C2とは逆方向の20°の範囲が、高荷重領域HW2に対応する第1領域K1となる。つまり、θ3=TDC〜+20°の円弧部分が第1領域K1である。この第1領域K1を除く内周面30Aの他の領域が第2領域K2となる。上記の第1領域K1が塗布部33とされ、第2領域K2が撥油部34とされる。   FIG. 14A is a perspective view showing an example of a lipophilic treatment for the bearing metal 30 for the crank journal 71. On the inner peripheral surface 30A of the bearing metal 30, the first region K1 corresponding to the high load region HW2 is a range of 20 ° in the direction opposite to the sliding direction C2 from the line connecting the center point of the bearing metal 30 and the point y3. It becomes. That is, the arc portion of θ3 = TDC to + 20 ° is the first region K1. The other region of the inner peripheral surface 30A excluding the first region K1 is the second region K2. The first region K1 is the application part 33, and the second region K2 is the oil repellent part 34.

図14(B)はクランクジャーナル71の外周面71Aへの親油処理例を示す斜視図である。この外周面71Aでは、クランクジャーナル71の中心点と点y4とを結ぶラインを角中心とする±10°の円弧部分が、高荷重領域HW2に対応する第1領域K1となる。この第1領域K1を除く外周面71Aの他の領域が第2領域K2となる。上記の第1領域K1が塗布部35とされ、第2領域K2が撥油部36とされる。   FIG. 14B is a perspective view showing an example of a lipophilic treatment on the outer peripheral surface 71 </ b> A of the crank journal 71. In this outer peripheral surface 71A, a circular arc portion of ± 10 ° centering on a line connecting the center point of the crank journal 71 and the point y4 becomes a first region K1 corresponding to the high load region HW2. The other area of the outer peripheral surface 71A excluding the first area K1 is the second area K2. The first region K1 is the application part 35, and the second region K2 is the oil repellent part 36.

[作用効果]
以上説明した本実施形態に係る往復動ピストンエンジンによれば、次のような作用効果を奏する。本実施形態のクランク機構は、軸受けメタル20の内周面20A(第1摺動面)とクランクピン72の外周面72A(第2摺動面)とが対峙する軸受け構造部と、軸受けメタル30の内周面30A(第1摺動面)とクランクジャーナル71の外周面71A(第2摺動面)とが対峙する軸受け構造部とを含む。内周面20A、30Aは、軸方向と直交する断面において、前記対峙する方向へ張り出す張出形状部M1、M2を有する。張出形状部M1、M2は、頂部Pにおける最小隙間h1が0.5μm〜40μmの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1.5〜5.0の範囲に設定される。このため、対峙する内周面20A、30Aと外周面72A、71Aとの相対移動時に、隙間Gに流入する流体によって、内周面20A、30Aを外周面72A、71Aから浮揚させることが可能となる。すなわち、内周面20A、30Aが有する張出形状部M1、M2の形状的特徴(プロファイル)によって、浮揚効果を得ることができる。従って、内周面20A、30Aと外周面72A、71Aとの間の摺動抵抗を格段に低減することができる。
[Function and effect]
According to the reciprocating piston engine which concerns on this embodiment demonstrated above, there exist the following effects. The crank mechanism of the present embodiment includes a bearing structure portion in which the inner peripheral surface 20A (first sliding surface) of the bearing metal 20 and the outer peripheral surface 72A (second sliding surface) of the crank pin 72 face each other, and the bearing metal 30. The inner peripheral surface 30A (first sliding surface) and the outer peripheral surface 71A (second sliding surface) of the crank journal 71 are opposed to each other. The inner peripheral surfaces 20A and 30A have projecting shape portions M1 and M2 projecting in the facing direction in a cross section orthogonal to the axial direction. In the projecting shape portions M1 and M2, the minimum gap h1 at the apex P is set in the range of 0.5 μm to 40 μm, and the gap ratio h2 / h1 between the minimum gap h1 and the maximum gap h2 is 1.5 to 5. Set to a range of zero. For this reason, the inner peripheral surfaces 20A, 30A can be levitated from the outer peripheral surfaces 72A, 71A by the fluid flowing into the gap G when the inner peripheral surfaces 20A, 30A and the outer peripheral surfaces 72A, 71A face each other. Become. That is, the levitation effect can be obtained by the shape features (profiles) of the projecting shape portions M1 and M2 of the inner peripheral surfaces 20A and 30A. Therefore, the sliding resistance between the inner peripheral surfaces 20A and 30A and the outer peripheral surfaces 72A and 71A can be significantly reduced.

さらに、摺動面となる内周面20A、30Aと外周面72A、71Aが、ピストン5からコンロッド8が受ける筒内最高燃焼圧力Pmaxに伴う荷重Wの伝達経路となる第1領域K1(高荷重領域HW)と、それ以外の第2領域K2とに区分される。そして、第1領域K1が親油処理部21(親和性を有する領域)とされる一方、第2領域K2については非親油部22(非親和性を有する領域)とされる。これにより、第1領域K1には低粘度オイル等の潤滑性流体を保持される。従って、筒内最高燃焼圧力Pmaxに伴う高荷重がコンロッド8からクランク軸7に作用して良好な浮揚効果が得られない場合でも、第1領域K1に存在する潤滑性流体によって、摺動面間の摩擦抵抗の増大が抑止される。   Further, the inner peripheral surfaces 20A and 30A serving as the sliding surfaces and the outer peripheral surfaces 72A and 71A serve as a transmission path for the load W accompanying the in-cylinder maximum combustion pressure Pmax received by the connecting rod 8 from the piston 5 (first load K1 (high load)). Region HW) and the other second region K2. The first region K1 is set as the lipophilic treatment unit 21 (region having affinity), while the second region K2 is set as the non-lipophilic portion 22 (region having non-affinity). As a result, a lubricating fluid such as low-viscosity oil is held in the first region K1. Therefore, even when a high load associated with the in-cylinder maximum combustion pressure Pmax acts on the crankshaft 7 from the connecting rod 8 and a good levitation effect cannot be obtained, the lubricating fluid existing in the first region K1 causes the gap between the sliding surfaces. The increase in frictional resistance is suppressed.

また、内周面20A、30Aと外周面72A、71Aとの隙間Gに、流体Fとして空気が流入させ、前記潤滑性流体として低粘度オイルが用いられる。これにより、内周面20A、30A及び外周面72A、71Aの一方を他方から空気浮揚させるようにし、最も摺動面間の摩擦抵抗を小さくすることができる。また、第1領域K1には低粘度オイルを保持させることで、空気浮揚が筒内最高燃焼圧力Pmaxにより発現しないタイミングにおいても、摩擦抵抗を低減させることができる。   In addition, air flows as a fluid F into a gap G between the inner peripheral surfaces 20A, 30A and the outer peripheral surfaces 72A, 71A, and low viscosity oil is used as the lubricating fluid. As a result, one of the inner peripheral surfaces 20A and 30A and the outer peripheral surfaces 72A and 71A is allowed to float from the other, and the frictional resistance between the sliding surfaces can be minimized. In addition, by retaining low-viscosity oil in the first region K1, the frictional resistance can be reduced even at a timing when air levitation does not occur due to the in-cylinder maximum combustion pressure Pmax.

[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、親油処理部21、31を頂部Pの近傍に配置する例を示した。しかし、高荷重領域HW1、HW2の位置と頂部Pの位置とにズレがある場合は、高荷重領域HW1、HW2の位置に応じた位置に親油処理部21、31を設ければ良い。
[Description of Modified Embodiment]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this. For example, in the above-described embodiment, the example in which the lipophilic treatment units 21 and 31 are arranged in the vicinity of the top portion P is shown. However, if there is a difference between the positions of the high load areas HW1 and HW2 and the position of the apex P, the lipophilic treatment sections 21 and 31 may be provided at positions corresponding to the positions of the high load areas HW1 and HW2.

上記実施形態では、潤滑性流体として低粘度オイルを用い、オイル供給機構60が隙間Gへオイルを供給する例を示した。これに代えて、潤滑性流体として水を用い、オイル供給機構60に類する水供給機構にて、隙間Gへ水を供給するようにしても良い。この場合、親油処理部21、31に代えて、水に対して親和性を有する親水処理部が適用され、非親油部22、32に代えて、水をはじく撥水処理部が適用される。   In the above embodiment, an example in which low viscosity oil is used as the lubricating fluid and the oil supply mechanism 60 supplies oil to the gap G has been described. Instead of this, water may be used as the lubricating fluid, and water may be supplied to the gap G by a water supply mechanism similar to the oil supply mechanism 60. In this case, a hydrophilic treatment part having affinity for water is applied instead of the lipophilic treatment parts 21 and 31, and a water repellent treatment part that repels water is applied instead of the non-lipophilic parts 22 and 32. The

また、上記実施形態では隙間Gへ流入させ摺動浮揚を発現させる流体Fとして空気を例示したが、流体Fとして水を用いても良い(水浮揚)。この場合においても、潤滑性流体として低粘度オイルを用いることができる。なお、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。さらに、流体Fとして、0W−20のような低粘度オイルを用いることもできる(オイル浮揚)。この場合、潤滑性流体としては、0W−20よりも粘度の高いオイルを用いることができる。   Moreover, in the said embodiment, although air was illustrated as the fluid F which flows in into the clearance gap G and expresses sliding levitation, you may use water as the fluid F (water levitation). Even in this case, low-viscosity oil can be used as the lubricating fluid. In addition, when water is used as the fluid F, it is desirable to add a rust inhibitor. Furthermore, a low-viscosity oil such as 0W-20 can be used as the fluid F (oil levitation). In this case, oil having a viscosity higher than 0W-20 can be used as the lubricating fluid.

1 エンジン本体
2 気筒
20 軸受けメタル(第1部材)
20A 内周面(第1摺動面)
21 親油処理部(親和性を有する領域)
22 非親油部(非親和性を有する領域)
30 軸受けメタル(第1部材)
30A 内周面(第1摺動面)
3 シリンダブロック3
31 親油処理部(親和性を有する領域)
32 非親油部(非親和性を有する領域)
3C 軸受け部
5 ピストン
7 クランク軸
71 クランクジャーナル(第2部材)
71A 外周面(第2摺動面)
72 クランクピン(第2部材)
72A 外周面(第2摺動面)
8 コンロッド
8B ビッグエンド(大端部)
h1 最小隙間
h2 最大隙間
C1、C2 摺動方向
M1、M2 張出形状部
P 頂部
Q 裾部
1 Engine body 2 Cylinder 20 Bearing metal (first member)
20A Inner peripheral surface (first sliding surface)
21 Lipophilic treatment part (affinity area)
22 Non-lipophilic part (area with non-affinity)
30 Bearing metal (first member)
30A Inner peripheral surface (first sliding surface)
3 Cylinder block 3
31 Lipophilic treatment part (affinity area)
32 Non-lipophilic part (region having non-affinity)
3C Bearing section 5 Piston 7 Crankshaft 71 Crank journal (second member)
71A Outer peripheral surface (second sliding surface)
72 Crankpin (second member)
72A Outer peripheral surface (second sliding surface)
8 Connecting rod 8B Big end (big end)
h1 Minimum gap h2 Maximum gap C1, C2 Sliding direction M1, M2 Overhanging shape part P Top part Q Bottom part

Claims (6)

ピストンと、コンロッド及びクランク軸を含むクランク機構とを備えた往復動ピストンエンジンであって、
前記クランク機構において軸受け部材となり、第1摺動面を内周に有する第1部材と、
前記クランク機構において軸部材となり、前記第1摺動面と隙間を置いて対峙する第2摺動面を外周に有する第2部材と、を備え、
前記第1部材に対する前記第2部材の相対回転により、前記第1摺動面及び前記第2摺動面は各々所定の摺動方向に相対的に移動し、
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、軸方向と直交する断面において、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、
前記第1摺動面及び前記第2摺動面の少なくとも一方において、
前記ピストンから前記コンロッドが受ける筒内最高燃焼圧力に伴う荷重の伝達経路となる第1領域が、所定の潤滑性流体と親和性を有する領域とされ、
前記第1領域以外の第2領域が前記潤滑性流体に対して非親和性を有する領域とされ、
前記隙間に空気が流入され、
前記潤滑性流体が低粘度オイルであり、
前記低粘度オイルは、粘度が空気の粘度よりも大きく6.8×10 −3 [Pa・s]以下のオイルである、
往復動ピストンエンジン。
A reciprocating piston engine comprising a piston and a crank mechanism including a connecting rod and a crankshaft,
A first member that becomes a bearing member in the crank mechanism and has a first sliding surface on the inner periphery;
A shaft member in the crank mechanism, and a second member having a second sliding surface on the outer periphery facing the first sliding surface with a gap,
By the relative rotation of the second member with respect to the first member, the first sliding surface and the second sliding surface each move relatively in a predetermined sliding direction,
At least one of the first sliding surface and the second sliding surface has a protruding shape portion that projects in the facing direction in a cross section orthogonal to the axial 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
In at least one of the first sliding surface and the second sliding surface,
A first region that is a transmission path of a load associated with the in-cylinder maximum combustion pressure received by the connecting rod from the piston is a region having affinity with a predetermined lubricating fluid;
The second region other than the first region is a region having non-affinity with the lubricating fluid ,
Air flows into the gap,
The lubricating fluid is a low viscosity oil;
The low-viscosity oil is an oil having a viscosity larger than that of air and not more than 6.8 × 10 −3 [Pa · s].
A reciprocating piston engine.
請求項に記載の往復動ピストンエンジンにおいて、
前記第1領域が、親油性物質からなる表層を有し、
前記第2領域が、撥油性物質からなる表層を有する、往復動ピストンエンジン。
The reciprocating piston engine according to claim 1 ,
The first region has a surface layer made of a lipophilic substance,
A reciprocating piston engine, wherein the second region has a surface layer made of an oil repellent material.
請求項に記載の往復動ピストンエンジンにおいて、
前記第1領域が、オイル含浸性の表層を有する、往復動ピストンエンジン。
The reciprocating piston engine according to claim 1 ,
A reciprocating piston engine, wherein the first region has an oil-impregnated surface layer.
請求項1〜のいずれか1項に記載の往復動ピストンエンジンにおいて、
前記クランク軸が、クランクピンとクランクジャーナルとを含み、前記コンロッドは、前記クランクピンと前記ピストンとを連結しており、
前記第1部材が、前記クランク軸の軸受け部に嵌め込まれた軸受けメタルであって、前記第1摺動面が前記軸受けメタルの内周面であり、
前記第2部材が、前記クランクジャーナルであって、前記第2摺動面が前記クランクジャーナルの外周面である、往復動ピストンエンジン。
The reciprocating piston engine according to any one of claims 1 to 3 ,
The crankshaft includes a crankpin and a crank journal, and the connecting rod connects the crankpin and the piston;
The first member is a bearing metal fitted in a bearing portion of the crankshaft, and the first sliding surface is an inner peripheral surface of the bearing metal;
A reciprocating piston engine, wherein the second member is the crank journal, and the second sliding surface is an outer peripheral surface of the crank journal.
請求項に記載の往復動ピストンエンジンにおいて、
前記往復動ピストンエンジンが圧縮自己着火型のエンジンであり、
前記第1領域が、クランク角が0°〜20°の間に荷重の伝達経路となる領域に配置されている、往復動ピストンエンジン。
The reciprocating piston engine according to claim 4 ,
The reciprocating piston engine is a compression self-ignition engine;
A reciprocating piston engine, wherein the first region is disposed in a region serving as a load transmission path between a crank angle of 0 ° and 20 °.
請求項1〜のいずれか1項に記載の往復動ピストンエンジンにおいて、
前記クランク軸が、クランクピンとクランクジャーナルとを含み、前記コンロッドは、前記クランクピンと前記ピストンとを連結しており、
前記第1部材が、前記コンロッドの大端部に嵌め込まれた軸受けメタルであって、前記第1摺動面が前記軸受けメタルの内周面であり、
前記第2部材が、前記クランクピンであって、前記第2摺動面が前記クランクピンの外周面である、往復動ピストンエンジン。
The reciprocating piston engine according to any one of claims 1 to 3 ,
The crankshaft includes a crankpin and a crank journal, and the connecting rod connects the crankpin and the piston;
The first member is a bearing metal fitted into the large end of the connecting rod, and the first sliding surface is an inner peripheral surface of the bearing metal;
A reciprocating piston engine, wherein the second member is the crank pin, and the second sliding surface is an outer peripheral surface of the crank pin.
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