JP2016121597A

JP2016121597A - エンジン

Info

Publication number: JP2016121597A
Application number: JP2014261236A
Authority: JP
Inventors: 勇馬宮内; Yuma Miyauchi; 克晶安富; Katsuaki Yasutomi
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2016-07-07
Anticipated expiration: 2034-12-24
Also published as: JP6217619B2

Abstract

【課題】浮揚による摩擦低減方法を摺動部に用いた場合の上記課題を解決するためになされたものであり、摺動面に異物が付着することを抑制して、一方の部材を他方の部材に対して浮揚させる浮揚効果を持続させる。【解決手段】クランクシャフト１０と、クランクシャフト１０に対して相対運動するコンロッド２０と、を備え、クランクシャフト１０及びコンロッド２０の少なくとも一方の部材の摺動面に、両部材１０，２０の相対速度が所定の相対速度以上のときいずれか一方の部材を他方の部材に対して浮揚させる摩擦低減処理が施された低摩擦層４０を有する、エンジン１であって、エンジン１の摺動面４０に異物が付着することを抑制する異物付着抑制手段１００を備えたことを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、摺動部において、一方の部材を他方の部材に対して浮揚させることで、摩擦を低減させたエンジンに関する。

従来からエンジンの燃費性能及び出力性能をさらに向上させることが望まれており、そのためには、例えばエンジン内の各摺動部の摩擦抵抗を低減することが有効である。摺動部の摩擦抵抗の低減方法として、特許文献１には、摺動部を、被摺動部材と、被摺動部材との摺動面に所定の低摩擦層を備えた摺動部材とで構成し、両部材間の相対速度が所定の速度以上になった場合に、摺動部材が被摺動部材に対して非接触となって浮揚状態となることで、該摺動部における摩擦抵抗を低減させる方法が開示されている。

この場合、前記低摩擦層は、ＣＶＤダイヤモンド又はＤＬＣによってコーティングされたコーティング層の表面を、部分的に鏡面研磨し、鏡面研磨される微少な島状部分の高さが同じ高さになるようにすることで形成される。そして、両部材間の相対速度が所定の速度となった場合に、摺動部材が被摺動部材に対して浮揚状態となる。

特開２００６−１４４９７９号公報

ところで、特許文献１の低摩擦層をエンジン内の各摺動部に適用する場合、様々な問題が生じる。すなわち、エンジンの摺動部として、例えばシリンダ内面とピストンリング、クランクシャフトの主軸部とシリンダブロックの軸受部、コンロッドの小端部とピストンピン、及びコンロッドの大端部とクランクシャフトのピン部がある。しかしながら、エンジン内には、燃焼室からシリンダ及びクランク室側へ吹き出たブローバイガス及び未燃ガス等の異物が滞留している場合があり、この異物の前記摺動面への付着が問題となる。

例えば、シリンダ内又はクランク室に配設された、クランクシャフト、ピストンリング、及びピストンピン等の摺動部材に上記低摩擦層を設けた場合、前記異物が低摩擦層に付着するおそれがある。この結果、低摩擦層の面性状が変化して、低摩擦層の摺動抵抗が増大するので、前記浮揚効果が減少または消失するおそれがある。

この発明は、浮揚による摩擦低減方法を摺動部に用いた場合の上記課題を解決するためになされたものであり、摺動面に異物が付着することを抑制して、一方の部材を他方の部材に対して浮揚させる浮揚効果を持続させることができる、エンジンを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本願発明は次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項１に記載の発明は、第１部材と、前記第１部材に対して相対運動する第２部材と、を備え、前記第１部材及び前記第２部材の少なくとも一方の部材の摺動面に、両部材の相対速度が所定以上のときいずれか一方の部材を他方の部材に対して浮揚させる摩擦低減処理が施された低摩擦層を有する、エンジンであって、前記摺動面に異物が付着することを抑制する異物付着抑制手段を備えたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載のエンジンにおいて、前記異物付着抑制手段は、少なくとも膨張行程において作動する、ことを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、前記請求項１又は２に記載のエンジンにおいて、前記異物付着抑制手段は、前記摺動面から前記摺動面の外部へ空気を噴出させる、空気供給手段である、ことを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、前記請求項３に記載のエンジンにおいて、前記空気供給手段は、空気供給源から前記摺動面に至る空気供給経路上に回転軸を固定部材に支持する嵌合部を有し、前記嵌合部において、前記エンジンが膨張行程のときに、前記回転軸側の前記空気供給経路が前記固定部材側の前記空気供給経路に連通するように構成されている、ことを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、前記請求項１に記載のエンジンにおいて、前記異物付着抑制手段は、前記エンジンの停止動作時に、所定期間、シリンダ内の掃気を行うように、前記エンジンを強制的に回転させるエンジン回転手段である、ことを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、前記請求項１に記載のエンジンにおいて、前記第１部材は、シリンダブロックであって、前記第２部材は、クランクシャフトであって、前記異物付着抑制手段は、前記低摩擦層とクランク室との間に配置された軸受である、ことを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、前記異物付着抑制手段は、シリンダの反燃焼室側の端部に設けた異物を排出する異物排出手段である、ことを特徴とする。

前記の構成により、本願各請求項の発明によれば、次の効果が得られる。

まず、請求項１に記載の発明によれば、異物付着抑制手段によって摺動面への異物の付着が抑制されるので、摺動面の面性状を維持して摩擦抵抗の増大を抑制できる。よって、一方の部材を他方の部材に対して浮揚させる浮揚効果を持続させることができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、未燃ガス、ブローバイガス等の異物が燃焼室側からシリンダ内及びクランク室側へ侵入しやすい膨張行程において、異物付着抑制手段が作動される。したがって、異物付着抑制手段を効率的に作動させることができ、これによって摺動面への異物の付着が効率的に抑制される。

また、請求項３に記載の発明によれば、空気供給手段によって、摺動面から摺動面の外部へ空気が噴出されるので、摺動面への異物の侵入が阻止される。よって、異物の摺動面への付着が抑制される。

また、請求項４に記載の発明によれば、空気制御弁を必要とせずに、エンジンが膨張行程であるときに空気供給手段から摺動面へ空気を供給できる。

また、請求項５に記載の発明によれば、エンジンの停止動作時に掃気運転を実施することで、燃焼室から異物を排出させやすく、燃焼室からシリンダ内及びクランク室への異物の侵入を抑制できる。これによって、摺動面への異物の付着が抑制される。

また、請求項６に記載の発明によれば、クランク室に滞留する異物の低摩擦層側への侵入が、軸受によって阻止される。これによって、低摩擦層への異物の付着が抑制される。

また、請求項７に記載の発明によれば、燃焼室からシリンダ内に侵入した異物を、異物排出手段によってシリンダ内から排出させることができる。これによって、摺動面への異物の付着が抑制される。

すなわち、本発明に係るエンジンによれば、浮揚による摩擦低減方法をエンジンに用いた場合に、摺動面に異物が付着することを抑制して、一方の部材を他方の部材に対して浮揚させる浮揚効果を持続させることができる。

本発明の第１実施形態に係るエンジンの、主運動系の概略構成を示す断面図である。摩擦低減処理が施された低摩擦層を拡大して示す図である。図１のIII−III線における断面図である。複数気筒における空気供給経路の一例を示すエンジンの断面図である。第２実施形態に係る空気供給経路の構成を示す断面図である。第３実施形態に係るエンジンの主運動系の概略構成を示す断面図である。第４実施形態に係る第１摺動部の概略構成を示す底面図である。第５実施形態に係る空気供給手段の構成を示す断面図である。第５実施形態に係る制御システムの概略構成を示すブロック図である。第５実施形態に係るエンジンシステムの作動を示すフローチャートである。第５実施形態に係るエンジンシステムの作動を示すタイムチャートである。第６実施形態に係る制御システムの概略構成を示すブロック図である。第６実施形態に係るエンジンシステムの作動を示すフローチャートである。第６実施形態に係るエンジンシステムの作動を示すタイムチャートである。

［第１実施形態］
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係るエンジンについて説明する。図１は、エンジン１の主運動系の概略構成を示すもので、エンジン１は、多気筒エンジン（図１では１気筒分のみ示されている）であって、図示しない車両に搭載されている。

エンジン１は、クランクシャフト１０がクランクジャーナル部１１において、シリンダブロック２の主軸受部３に回動可能に支持されている。クランクシャフト１０のクランクピン部１２には、コンロッド２０の大端部２１が回動可能に支持されている。コンロッド２０の小端部２２には、ピストン３０と連結するためのピストンピン３１が回動可能に支持されている。ピストン３０は、周部にピストンリング３２を備え、該ピストンリング３２でシリンダ４の内面であるシリンダ内面４ａに往復運動可能に支持されている。

すなわち、エンジン１の主運動系は、クランクジャーナル部１１及び主軸受部３によって第１摺動部４１が構成され、クランクピン部１２及び大端部２１によって第２摺動部４２が構成され、小端部２２及びピストンピン３１によって第３摺動部４３が構成され、ピストンリング３２及びシリンダ４によって第４摺動部４４が構成されている。

具体的には、第１摺動部４１は、互いに対向して相対的に回転運動する、クランクジャーナル部１１の外周面であるクランクジャーナル外周面１１ａと、主軸受部３の内周面である主軸受内周面３ａと、によって、摺動面が構成されている。

第２摺動部４２は、互いに対向して相対的に回転運動する、クランクピン部１２の外周面であるクランクピン外周面１２ａと、大端部２１の内周面である大端部内周面２１ａと、によって、摺動面が構成されている。

第３摺動部４３は、互いに対向して相対的に回転往復運動する、小端部２２の内周面である小端部内周面２２ａと、ピストンピン３１のピストンピン外周面３１ａと、によって、摺動面が構成されている。なお、回転往復運動とは、一方側に相対的に回転する運動と、反対側に相対的に回転する運動と、を繰り返す運動を称する。

第４摺動部４４は、互いに対向して相対的に直線往復運動する、ピストンリング３２の外周面であるピストンリング外周面３２ａと、シリンダ内面４ａと、によって、摺動面が構成されている。なお、直線往復運動とは、一方側に相対的に直線移動する運動と、反対側に相対的に直線移動する運動と、を繰り返す運動を称する。

第１〜第４摺動部４１〜４４を構成する少なくとも一方の部材の摺動面には、所定の低摩擦処理が施された低摩擦層４０が形成されている。図２は、摺動面に形成された低摩擦層４０の一例を拡大して示している。所定の低摩擦処理とは、気相合成（ＣＶＤ）ダイヤモンド、人工サファイヤ、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、炭化ケイ素、炭化チタン、酸化アルミナ、又はアルミナ等の材料でコーティングされた微少な凹凸を有する表面を、凹部４０ａが残留する程度に凸部４０ｂを平滑状に研磨することであり、これによって、摺動面に低摩擦層４０が形成される。

凹部４０ａは、３〜１０μｍの深さとなるのが好ましく、また凸部４０ｂは、研磨された頂面の面粗度Ｒａが０．１μｍ以下となるように研磨されるのが好ましい。この低摩擦層によれば、両部材間の相対速度Ｕが所定の速度Ｕ０以上となる場合に、前記凹部４０ａ内に動圧が生じて、該動圧によって一方の部材が他方の部材に対して浮揚するという浮揚効果が得られる。

図１に示すように、本実施形態では、低摩擦層４０をクロスハッチングで示しており、第１摺動部４１においては主軸受内周面３ａに低摩擦層４０_１が形成され、第２摺動部４２においては大端部内周面２１ａに低摩擦層４０_２が形成され、第３摺動部４３においてはピストンピン外周面３１ａに低摩擦層４０_３が形成され、第４摺動部４４においてはピストンリング外周面３２ａに低摩擦層４０_４形成されている。

つまり、第１摺動部４１において、クランクジャーナル外周面１１ａ及び主軸受内周面３ａ間の相対速度が所定の速度以上となる場合に、クランクジャーナル外周面１１ａが、主軸受内周面３ａに対して非接触となる浮揚状態となる。このとき、クランクジャーナル外周面１１ａと主軸受内周面３ａとの間に、気層からなる第１気層４１ａが形成される。

同様に、第２〜第４摺動部４２〜４４において、摺動部を構成する両部材間の相対速度が所定の速度以上となる場合に、一方の部材が他方の部材に対して非接触となる浮揚状態となる。すなわち、第２摺動部４２において、クランクピン外周面１２ａと大端部内周面２１ａとの間に気層からなる第２気層４２ａが形成され、第３摺動部４３において、小端部内周面２２ａとピストンピン外周面３１ａとの間に気層からなる第３気層４３ａが形成さる。一方、第４摺動部４４において、ピストンリング３２はリング張力によってシリンダ内面４ａに付勢されているので浮揚することはない。

これによって、第１〜第４摺動部４１〜４４における、摩擦抵抗が大幅に低減されるので、本実施形態では、潤滑油による潤滑が不要とされている。なお、本明細書では、摺動の概念を、一方の部材が他方の部材に接触している場合に加えて、一方の部材が他方の部材に対して非接触となる浮揚状態も含めるものとする。

本実施形態においては、所定の速度Ｕ０は、エンジン１の回転数ＮＥが第１速度Ｖ１以上となる場合に、実現されるようになっている。例えば本実施形態では、エンジン１の第１速度Ｖ１は、２００ｒｐｍであって、アイドル回転数（例えば６００ｒｐｍ）よりも低い。すなわち、第１速度Ｖ１はエンジンの常用回転域よりも低いので、エンジン１が始動された後においては、浮揚効果が各摺動部４１〜４４において常時得られるようになっている。逆に、エンジン１の停止動作時又はエンジン始動動作時において、エンジン１の回転数ＮＥが、第１速度Ｖ１を下回る場合に、前記浮揚効果が弱まることになる。

また、エンジン１は、空気ポンプ５を備え、空気ポンプ５から、各摺動部４１〜４４の各摺動面に空気が供給されるようになっている。シリンダブロック２は、主軸受内周面３ａに形成された環状の主軸受内周溝３ｂと、主軸受内周溝３ｂと空気ポンプ５からの空気供給管５ａとを連通する第１空気通路１３と、を備えている。

クランクシャフト１０は、第２空気通路２３を備えている。第２空気通路２３は、一端部側の開口部２３ａがクランクジャーナル外周面１１ａに開口されており、他端部側の開口部２３ｂがクランクピン外周面１２ａに開口されている。

コンロッド２０は、大端部内周面２１ａに形成された環状の大端部内周溝２１ｂと、第３空気通路３３と、を備えている。第３空気通路３３は、大端部内周溝２１ｂに開口した開口部３３ａと、小端部内周面２２ａに開口した開口部３３ｂとを有している。

上記構成によって、空気ポンプ５から吐出された空気は、空気供給管５ａ及び第１空気通路１３を介して、まず主軸受内周溝３ｂに供給され、次いで主軸受内周溝３ｂから第１摺動部４１の各摺動面１１ａ，３ａに供給される。図３は図１のIII−III線に沿った第１摺動部４１の断面図であり、主軸受内周溝３ｂは環状に形成されているので、第２空気通路２３の開口部２３ａは、クランクシャフト１０の回転によらず、主軸受内周溝３ｂと常時対向することになり、空気が、第１空気通路１３から第２空気通路２３へ常時、効率的に供給される。

図１に示すように、このとき、第１摺動部４１の各摺動面１１ａ，３ａに供給された空気の一部は、第２空気通路２３へ供給されず、主軸受内周面３ａとクランクジャーナル外周面１１ａとの間の間隙（第１気層４１ａ）を通して摺動面の外部へ噴出される。

第２空気通路２３に供給された空気は、第２摺動部４２の各摺動面１２ａ，２１ａへ供給される。大端部内周溝２１ｂは環状に形成されているので、第２空気通路２３の開口部２３ｂは、クランクシャフト１０の回転によらず、大端部内周溝２１ｂに常時対向するので、第２空気通路２３から大端部内周溝２１ｂを介して、第３空気通路３３へ空気が常時、効率的に供給される。

このとき、第２摺動部４２の各摺動面１２ａ，２１ａに供給された空気の一部は、第３空気通路３３へ供給されず、大端部内周面２１ａとクランクピン外周面１２ａとの間の間隙（第２気層４２ａ）を通して摺動面の外部へ噴出される。

第３空気通路３３に供給された空気は、第３摺動部４３の各摺動面２２ａ，３１ａへ供給され、小端部内周面２２ａとピストンピン外周面３１ａとの間の間隙（第３気層４３ａ）を通して摺動面の外部へ噴出され、その一部はピストンピン孔３０ａとピストンピン外周面３１ａとの間を通過して、シリンダ内面４ａへ噴出される。シリンダ内面４ａに噴出された空気は、シリンダ内面４ａに沿って、ピストンリング外周面３２ａに供給される。

すなわち、少なくとも、空気供給管５ａと、第１空気通路１３と、主軸受内周溝３ｂと、第１気層４１ａと、第２空気通路２３と、第２気層４２ａと、大端部内周溝２１ｂと、第３空気通路３３と、第３気層４３ａとによって、空気ポンプ５から各摺動面へ至る空気供給経路１１０が構成されている。空気供給経路１１０は各気筒に対応して設けられており、例えば、図４に示すようにエンジン１が４気筒エンジンである場合には、第１〜第４気筒に対応して、空気ポンプ５から各気筒の各摺動部４１〜４４にそれぞれ至る第１〜第４空気供給経路１１１〜１１４が設けられている。そして、空気供給経路１１０と空気ポンプ５とによって本発明の空気供給手段１００が構成されている。

すなわち、空気供給手段１００を作動させることによって、第１摺動部４１において、摺動面１１ａ，３ａから外部のへ空気を噴出させることができ、第２摺動部４２において、摺動面１２ａ，２１ａから外部へ空気を噴出させることができ、第３摺動部４３において、摺動面２２ａ，３１ａから外部及びシリンダ内面４ａへ空気を噴出させることができる。

これによって、摺動面への異物の侵入が阻止され、摺動面への異物の付着が抑制される。したがって、摺動面の面性状が低摩擦処理が施された状態に維持されるので、摺動面における摩擦抵抗の増大が抑制され、よって、一方の部材を他方の部材に対して浮揚させる浮揚効果を持続させることができる。

しかも、空気供給手段１００を作動させた場合に、各摺動部４１〜４３に第１〜第３気層４１ａ〜４３ａを形成して空気軸受を構成できるので、摺動面の相対速度が所定の速度を下回る場合でも、各摺動面４１〜４３を浮揚状態に維持しやく、摺動面における摩擦抵抗を大幅に低減させることができるとともに、各摺動面が接触して摺れ合うことが抑制される。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態に係るエンジン２００は、第１実施形態の空気供給手段１００とは異なる空気供給手段２１０を備えている。空気供給手段２１０は、空気供給手段１００に対して、主軸受部３の主軸受内周面３ａに形成した主軸受内周溝の構成のみ異なり、他は同一である。図５を参照して相違点について説明する。図５は、空気供給経路の構成を示す、第１摺動部４１の図３と同様の断面図である。

図５に示すように、空気供給手段２１０は、主軸受内周溝２０３が環状に形成されておらず、概ね半円弧状に形成されている。具体的には、少なくとも、主軸受内周面２０３の周方向において半周部分に形成されている。このとき、対向する第２空気通路２３の開口部２３ａとの関係では、エンジン２００が膨張行程であるときに、開口部２３ａが主軸受内周溝２０３に対向するように構成されている。

なお、図示は省略するが、主軸受内周溝２０３は、各気筒が膨張行程であるときに、それぞれの主軸受内周溝２０３と第２空気通路２３の開口部２３ａとが連通するように、各気筒に対応して設けられている。

すなわち、図５に示す状態では、ピストン３０（図１参照）が上死点に位置する状態を示しており、この状態から、クランクシャフト１０が図中矢印方向に半周回転してピストン３０が下死点に位置する膨張行程の間、第２空気通路２３の開口部２３ａが、主軸受内周溝２０３に連通するように構成されている。したがって、空気供給手段２１０によれば、各気筒が膨張行程であるときに、空気が各摺動面に供給され、各摺動面の外部へ噴出される。

これによって、未燃ガス、ブローバイガス等の異物が燃焼室側からシリンダ４内及びクランク室側へ侵入しやすい膨張行程において、異物付着抑制手段としての空気供給手段２１０を効果的に作動させることができる。したがって、異物付着抑制手段を効率的に作動させることができるとともに、摺動面への異物の付着が効率的に抑制される。

なお、当該気筒が膨張行程であるときのみならず、クランクシャフト１０が３６０度回転した吸気行程においても、第２通路５２の開口部５２ａが主軸受内周溝２０３に対向することになるので、吸気行程においても各摺動面に空気が供給され、各摺動面の外部へ噴出される。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態に係るエンジン３００は、異物付着抑制手段として異物排出手段３１０を備えている。図６を参照して、異物排出手段３１０について説明する。図６は、エンジン３００の主運動系の概略構成を示す図１と同様の断面図である。なお、エンジン３００は、第１実施形態のエンジン１に対して、空気供給手段１００を除いて、他は同一の構成を備えている。

図６に示すように、異物排出手段３１０は、シリンダ４の反燃焼室側の端部に設けられており、負圧源３１１と、負圧源３１１とクランク室又はシリンダ４内とを連通させる異物排出管３１２と、を備えている。

負圧源３１１は、エンジン３００が自然吸気エンジンである場合、ピストン３０のシリンダ４内における往復運動によって負圧とされる、吸気マニホールド又は吸気管（図示しない）で構成することができ、エンジン３００が過給気付エンジンで有る場合、負圧ポンプ（図示しない）で構成できる。

異物排出管３１２は、パイプ部材であり、一端部がクランク室又はシリンダ４内のうち、反燃焼室側の端部に開口されており、他端部が負圧源３１１に接続されている。異物排出管３１２は、各気筒に１つずつ設けてもよく、又は各気筒にシリンダ内面４ａの周部の複数箇所に対応して設けてもよい。

異物排出手段３１０によれば、燃焼室からシリンダ４内に侵入した異物が、反燃焼室側の端部から、異物排出管３１２を介して負圧源３１１に吸引される。これによって、燃焼室からシリンダ４内へ侵入した異物の、シリンダ４内及びクランク室における滞留が抑制されるので、各摺動面への異物の付着が抑制される。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態に係るエンジン４００は、異物付着抑制手段として軸受４１０を備えている。図７を参照して、第１摺動部４１に備えた軸受４１０を例にとり、本発明の異物付着抑制手段について説明する。なお、エンジン４００は、第１実施形態のエンジン１に対して、空気供給手段１００を除いて、他は同一の構成を備えている。

図７は、エンジン４００をクランク室の下方側（反燃焼室側）から見た主運動系の底面図であり、コンロッド２０及びピストン３０を省略されており、且つ、主軸受部３は燃焼室側のみが示されており、底側の主軸受部３は省略されている。

図７に示すように、軸受４１０は、クランクジャーナル部１１を主軸受部３に回転自在に支持するようにクランクジャーナル外周面１１ａと主軸受内周面３ａとの間に設けられており、クランクシャフト１０の軸方向において、低摩擦層４０_１の両側部に一対に設けられている。軸受４１０としては、転がり軸受け、すべり軸受け等様々なタイプの軸受を採用できる。軸受４１０の内周面４１１とクランクジャーナル外周面１１ａとの間の隙間Ｓ１は、浮揚状態にあるときの第１気層４１ａの厚さ、すなわち、クランクジャーナル外周面１１ａと主軸受内周面３ａとの間の浮揚時における隙間Ｓ２よりも小さく設定されている。

本実施形態によれば、軸受け４１０の内周面４１１とクランクジャーナル外周面１１ａとの間の隙間Ｓ１が、クランクジャーナル外周面１１ａと主軸受内周面３ａとの間の隙間Ｓ２よりも小さく設定されているので、軸受４１０がシール部材として作用して、クランク室から摺動面１１ａ，３ａへの異物の侵入が阻止される。したがって、摺動面１１ａ，３ａへの異物の付着が抑制される。

さらに、相対速度が所定の速度を下回ったときにクランクジャーナル外周面１１ａと主軸受内周面３ａとの間の浮揚効果が減少または消失した場合でも、軸受４１０によってクランクジャーナル部１１を支持できるので、主軸受内周面３ａに、クランクジャーナル外周面１１ａが接触することが防止される。すなわち、主軸受内周面３ａに形成された低摩擦層４０_１が、クランクジャーナル外周面１１ａと摺れ合うことを防止できるので、低摩擦層４０_１の損耗が防止される。

［第５実施形態］
次に、図８〜図１１を参照して、本発明の第５実施形態について説明する。図８は第５実施形態に係るエンジン５００の主運動系の概略構成を示す断面図であり、図９はエンジン５００の制御システムを概略的に示しており、図１０は異物付着抑制手段の作動を示すフローチャートであり、図１１は異物付着抑制手段の作動を示すタイムチャートである。

第５実施形態に係るエンジン５００は、４気筒エンジンとされ、図８及び図９に示すように、異物付着抑制手段としての空気供給手段５１０を備えている。空気供給手段５１０は、第１実施形態で説明した空気供給手段１００に加えて、第１〜第４気筒に対応して形成された第１〜第４空気供給経路１１１〜１１４上に、それぞれ配設されて、同経路を開閉させる第１〜第４空気制御弁５１１Ａ〜５１１Ｄを備えている。また、空気供給手段５１０を制御するための制御装置５１５が設けられている。

エンジン５００は、エンジンの回転数を検出するエンジン回転センサ７１を備えており、制御装置５１５は、エンジン回転センサ７１からの信号を受けて、エンジン回転速度と、クランクシャフト１０の回転角度とを算出し、さらにクランクシャフト１０の回転角度に基づいて各気筒の燃焼行程を判定する。

また、制御装置５１５は、膨張行程である気筒の各摺動部４１〜４４に空気を供給するように、空気ポンプ５を作動させるとともに、対応する第１〜第４空気制御弁５１１Ａ〜５１１Ｄを開閉させるように制御する。

次に、空気供給手段５１０の作動について、図１０のフローチャート及び図１１のタイムチャートを参照して説明する。

図１０に示すように、ステップＳ５０１において、制御装置５１５は、エンジン回転センサ７１からの信号を読み込む。

ステップＳ５０２において、制御装置５１５は、エンジン回転センサ７１からの信号に基づいて、エンジン５００の回転数から、エンジン５００が運転中か否かを判定する。

エンジン５００が運転中であると判定された場合、ステップＳ５０３において、エンジン回転センサ７１からの信号に基づいて、クランクシャフト１０の回転角度から、どの気筒が膨張行程であるかを判定する。

例えば、第１気筒が膨張行程であると判定された場合、ステップＳ５０４において、制御装置５１５は、第１気筒に対応する第１空気供給経路１１１を空気ポンプ５から該通路上の各摺動部４１〜４４に連通させるように第１空気制御弁５１１Ａを開弁制御する。また、制御装置５１５は、第２〜第４気筒に対応する第２〜第４空気供給経路１１２〜１１４の空気ポンプ５からの空気供給を遮断させるように第２〜第４空気制御弁５１１Ｂ〜５１１Ｄを閉弁制御する。

ステップＳ５０５において、制御装置５１５は、エンジン回転センサ７１からの信号に基づいて、クランクシャフト１０の回転角度から、第１気筒の膨張行程が終了したか否かを判定する。

第１気筒の膨張行程が終了したと判定された場合、ステップＳ５０６において、制御装置５１５は、第１空気制御弁５１１Ａを閉弁制御する。このとき、次に膨張行程となる気筒が判定されると、制御装置５１５は、膨張行程となる気筒の各摺動部４１〜４４に対応して空気を供給するように、第１〜第４空気制御弁５１１Ａ〜５１１Ｄをそれぞれ開閉制御する。

これによって、図１１に示すように、第１気筒の各摺動部４１〜４４に、膨張行程である時間ｔ３に、第１空気供給経路１１１への空気供給が開始され、当該気筒の膨張行程が終了した時間ｔ４に、第１空気供給経路１１１への空気供給が終了するようになっている。

なお、図１１中に破線で示すように、制御装置５１５は、膨張行程の直前の圧縮行程から空気を供給するように各空気制御弁５１１を制御してもよい。例えば、制御装置５１５は、エンジン回転センサ７１からの信号に基づいて、圧縮行程となる気筒を判定し、当該気筒について、圧縮行程が開始された時点である時間ｔ１から当該気筒の各摺動部４１〜４４への空気の供給を開始させてもよく、また圧縮行程の途中の時点である時間ｔ２から当該気筒の各摺動部４１〜４４への空気の供給を開始させてもよい。これによって、確実に膨張行程において空気供給手段５１０を作動させることができる。

また、このときの空気制御弁５１１の開度を制御することで、空気の供給量を適宜調整してもよい。例えば、時間ｔ１から空気の供給を開始させる場合には、空気の供給量を膨張行程における空気の供給量よりも低減してもよく、また、時間ｔ２から空気の供給を開始させる場合には、膨張行程における空気の供給量と同量の空気を供給するようにしてもよい。

本実施形態によれば、第２実施形態とは異なり、各気筒について吸気行程を除いて、膨張行程において、各摺動部４１〜４４に空気を供給することができる。したがって、より一層効率的に、異物付着抑制手段を作動させることができるとともに、摺動面への異物の付着がより一層効率的に抑制される。

［第６実施形態］
次に、図１２〜図１４を参照して、本発明の第６実施形態について説明する。図１２は第６実施形態に係るエンジン６００の異物付着抑制手段の制御システムを概略的に示しており、図１３は異物付着抑制手段の作動を示すフローチャートであり、図１４は異物付着抑制手段の作動を示すタイムチャートである。エンジン６００は、第１実施形態で説明したエンジン１に対して、空気供給手段１００を備えていない点を除いて、同一の構成を有している。

図１２に示すように、第６実施形態に係るエンジン６００は、異物付着抑制手段として、エンジン回転手段６１０を備えている。また、エンジン６００は、点火プラグ６６、燃料噴射弁６７、エンジン回転センサ７１、及びエンジン６００を制御する制御装置６２０を備えている。また、制御装置６２０には、車速センサ７７、ＩＧセンサ７８、アクセル開度センサ７９、ブレーキセンサ８０、及びレンジセンサ８１が接続されている。

エンジン回転手段６１０は、スタータ６２で構成されている。スタータ６２は、クランクシャフト１０を回転駆動するためのモータであり、例えば通電されると、クランクシャフト１０のフライホィール外周部のリングギヤ（図示しない）に係合して、クランクシャフト１０を回転駆動させる。スタータ６２として、駆動ベルト及びプーリを介して、クランクシャフト１０を回転駆動させてもよいし、常時リングギヤに噛み合うタイプのスタータを採用してもよい。

点火プラグ６６は、エンジン６００の点火を行うものである。燃料噴射弁６７は、エンジン６００へ燃料を供給するものである。すなわち、点火プラグ６６及び燃料噴射弁６７を制御することで、エンジン６００の燃焼が制御されるようになっている。

エンジン回転センサ７１は、クランクシャフト１０の回転を検出する。

車速センサ７７は、車速を検出する。ＩＧセンサ７８は、図示しないイグニッションスイッチのＯＮ／ＯＦＦを検知する。アクセル開度センサ７９は、図示しないアクセルペダル装置のペダル開度を検出する。ブレーキセンサ８０は、図示しないブレーキペダル装置のＯＮ／ＯＦＦを検出する。レンジセンサ８１は、図示しない変速機を変速するためのシフトレバーのシフト位置を検出する。

制御装置６２０は、エンジン回転センサ７１からの信号を受けて、エンジン６００の回転速度とクランクシャフト１０の回転角度とを算出し、さらにクランクシャフト１０の回転角度に基づいて各気筒の燃焼行程を判定する。

また、制御装置６２０は、ＩＧセンサ７８からの信号を受けて、エンジン停止要求を判定する。具体的には、イグニッションスイッチがＯＮ位置からＯＦＦ位置へ切換操作された場合、エンジン停止要求を判定する。また、エンジン６００がアイドルストップ機構を備えている場合、制御装置６２０は、アイドルストップさせるためのエンジン停止要求も判定する。

具体的には、制御装置６２０は、例えば、車速センサ７７、アクセル開度センサ７９、ブレーキセンサ８０、及びレンジセンサ８１からの信号を受けて、車速が０であり、変速機を操作するためのシフトレバー（図示しない）がＤ（ドライブ）レンジに位置しており、アクセルペダル（図示しない）のペダル開度が０であり、ブレーキペダル（図示しない）がＯＮ操作されている場合、アイドルストップに入るためのエンジン停止要求を判定する。

制御装置６２０は、エンジン停止要求を判定した場合、点火プラグ６６及び燃料噴射弁６７を制御して、エンジン６００を、エンジン停止動作に移行させる。加えて、制御装置６２０は、エンジン停止動作において、スタータ６２を制御して、エンジン６００を所定時間の間、強制的に回転させる。

次に、エンジン６００を停止させるときに、制御装置６２０によって制御されるエンジン６００の作動について、図１３のフローチャート及び図１４のタイムチャートを参照して説明する。

図１３に示すように、ステップＳ６０１において、制御装置６２０は、各センサ７１，７８〜８１からの信号を読み込む。

ステップＳ６０２において、制御装置６２０は、エンジン回転センサ７１からの信号に基づいて、エンジン６００が運転中か否かを判定する。

エンジン６００が運転中であると判定された場合、ステップＳ６０３において、制御装置６２０は、エンジン停止要求を判定する。具体的には、ＩＧセンサ７８からの信号に基づいて、又は車速センサ７７、アクセルペダル開度センサ７９、ブレーキセンサ８０、及びレンジセンサ８１からの信号に基づいてアイドルストップさせるためのエンジン停止要求を判定する。

エンジン停止要求が判定された場合、ステップＳ６０４において、制御装置６２０は、点火プラグ６６及び燃料噴射弁６７を制御して、エンジン６００をエンジン停止動作に移行させる。

エンジン６００がエンジン停止動作に移行されたとき、ステップＳ６０５において、制御装置９０は、エンジン回転手段６１０（スタータ６２）を制御して、エンジン６００を強制的に回転させる。

ステップＳ６０６において、制御装置６２０は、スタータ６２によるエンジン６００の強制的な回転が、所定時間が経過したか否かを判定する。ここで、所定時間は、好ましくは１〜５秒の間で設定されている。つまり、所定時間が１秒よりも短いと掃気するには不十分となり、所定時間が５秒よりも長いと、エンジンの停止動作においてエンジンの回転が低下しないために乗員が故障を想起するおそれがある。

スタータ６２による強制的な回転が所定時間経過したと判定した場合、ステップＳ６０７において、制御装置６２０は、スタータ６２を停止させる。

すなわち、図１２を参照して、時間ｔ１において、例えばイグニッションスイッチがＯＦＦ操作された場合に、制御装置６２０は、点火プラグ６６、燃料噴射弁６７を制御して、エンジン６００を停止動作に移行させるとともに、スタータ６２を制御して、エンジンを強制的に回転させる。これにより、停止動作中にあるエンジンが所定の回転数に維持され、所定時間が経過した時間ｔ２において、スタータ６２が停止されてエンジン６００が停止される。

本実施形態によれば、エンジン６００の停止動作時に掃気運転を実施することで、燃焼室から異物を排出させやすく、異物がシリンダ４内及びクランク室へ侵入することが防止される。これによって、摺動面への異物の付着が抑制される。

また、上記の実施形態では、エンジンの主運動系の各摺動部４１〜４４に低摩擦層４０を形成した場合を例にとり説明したが、エンジンの動弁系や、変速機等、様々な摺動部に適用することができる。また、上記の各実施形態では、無潤滑とした場合を例にとり説明したが、潤滑を併用してもよい。

なお、本発明は、以上の実施形態に示すものに限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の精神および範囲から逸脱することなく、各種変形および変更を行うことも可能である。

以上説明したように、本発明によれば、浮揚による摩擦低減方法をエンジンに用いた場合に、摺動面に異物が付着することを抑制して、一方の部材を他方の部材に対して浮揚させる浮揚効果を持続させることができるので、この種の製造技術分野において好適に利用される可能性がある。

１エンジン
２シリンダブロック
３主軸受部
４シリンダ
５空気ポンプ
１０クランクシャフト
２０コンロッド
３０ピストン
３１ピストンピン
３２ピストンリング
４０摺動面
４１第１摺動部
４２第２摺動部
４３第３摺動部
４４第４摺動部
６２スタータ
６６点火プラグ
６７燃料噴射弁
７０センサ
７１エンジン回転センサ
７７車速センサ
７８ＩＧセンサ
７９アクセル開度センサ
８０ブレーキセンサ
８１レンジセンサ
１００空気供給手段
２００エンジン
２１０空気供給手段
３００エンジン
３１０異物排出手段
３１１負圧源
３１２異物排出管
４００エンジン
４１０軸受
５００エンジン
５１０空気供給手段
５１１Ａ〜５１１Ｄ第１〜第４空気制御弁
５１５制御装置
６００エンジン
６１０エンジン回転手段
６２０制御装置

Claims

第１部材と、前記第１部材に対して相対運動する第２部材と、を備え、
前記第１部材及び前記第２部材の少なくとも一方の部材の摺動面に、両部材の相対速度が所定以上のときいずれか一方の部材を他方の部材に対して浮揚させる摩擦低減処理が施された低摩擦層を有する、エンジンであって、
前記摺動面に異物が付着することを抑制する異物付着抑制手段を備えたことを特徴とするエンジン。
前記異物付着抑制手段は、少なくとも膨張行程において作動する、
請求項１に記載のエンジン。
前記異物付着抑制手段は、前記摺動面から前記摺動面の外部へ空気を噴出させる、空気供給手段である、
請求項１又は２に記載のエンジン。
前記空気供給手段は、空気供給源から前記摺動面に至る空気供給経路上に回転軸を固定部材に支持する嵌合部を有し、前記嵌合部において、前記エンジンが膨張行程のときに、前記回転軸側の前記空気供給経路が前記固定部材側の前記空気供給経路に連通するように構成されている、
請求項３に記載のエンジン。
前記異物付着抑制手段は、前記エンジンの停止動作時に、所定期間、シリンダ内の掃気を行うように、前記エンジンを強制的に回転させるエンジン回転手段である、
請求項１に記載のエンジン。
前記第１部材は、シリンダブロックであって、前記第２部材は、クランクシャフトであって、
前記異物付着抑制手段は、前記低摩擦層とクランク室との間に配置された軸受である、
請求項１に記載のエンジン。
前記異物付着抑制手段は、シリンダの反燃焼室側の端部に設けた異物を排出する異物排出手段である、
請求項１に記載のエンジン。