(57)【要約】【課題】浮揚効果を利用して摩擦低減を図る軸受け構造部において、摺動面の加工に手間を要さず、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。【解決手段】コンロッド８のビッグエンド８Ｂとクランクピン７２との軸受け構造部において、ビッグエンド８Ｂの軸受け孔８Ｃには軸受けメタル２０が嵌め込まれている。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とは、隙間Ｇを置いて対峙している。内周面２０Ａは、外周面７２Ａとの対峙方向へ張り出す張出形状部Ｍ１を備える。張出形状部Ｍ１の頂部Ｐにおける隙間を最小隙間ｈ１とし、裾部Ｑ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の範囲に設定されている。内周面２０Ａのうち、筒内最高燃焼圧力に伴う荷重の伝達経路となる領域には親油処理部２１が設けられ、常に潤滑用のオイルが保持されている。【選択図】図４Ａ
2018145891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ている、往復動ピストンエンジン。
【請求項２】
請求項１に記載の往復動ピストンエンジンにおいて、
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る、往復動ピストンエンジン。
【請求項３】
請求項２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。
【請求項４】
請求項２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。
【請求項５】
請求項１〜４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。
【請求項６】
請求項５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。
【請求項７】
請求項１〜４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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１２１６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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ていることを特徴とする。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
上記の往復動ピストンエンジンにおいて、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ることが望ましい。
【００１１】
この往復動ピストンエンジンによれば、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、且つ、前記第１領域には低粘度オイルを保持させることで、摩擦抵抗を効果的に低減させることができる。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【発明の効果】
【００２０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４Ａ】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。
【図４Ｂ】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７Ａ】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。
【図７Ｂ】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
［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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
［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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
［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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【数１】
2018145891.tif 000003
【００５８】
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。
【００５９】
式（１）において、第２項目を負荷容量係数Ｋｗとすると（Ｋｗ＝６／（ｍ−１）２｛ｌｎｍ−２（ｍ−１）／（ｍ＋１）｝）、浮揚力Ｗはこの負荷容量係数Ｋｗに比例する。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
［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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
［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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
［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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
［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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【符号の説明】
【００９６】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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