JP2023167673A - internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

To make it possible to more appropriately lubricate mutually sliding component parts of an internal combustion engine.SOLUTION: An internal combustion engine 1 in which component parts mutually slide during operation includes: a water supply device for supplying water to slide surfaces of the component parts; and a control unit for controlling the operation of the internal combustion engine. At least one of the slide surfaces of the component parts is formed from silicon-based ceramics. The control unit controls the operation of the internal combustion engine so that low load/no load operation is performed in which an engine load is limited to not more than a standard load until a prescribed standby period passes after the operation of the internal combustion engine is started, and controls the operation of the internal combustion engine so that normal operation is performed in which an engine load is not limited to not more than a standard load after elapse of the standby period.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本開示は、内燃機関に関する。 The present disclosure relates to internal combustion engines.

従来から、燃焼室における複数部材の摺動部分がセラミックス材又はセラミック被覆した材料により形成されると共に、燃焼室における潤滑に水が用いられた内燃機関が知られている(特許文献1)。特許文献1では、このように水を潤滑に用いることにより、シリンダ内をクリーンにすることができると共に、水の冷却作用によりノッキングが抑制されうるとされている。 BACKGROUND ART Conventionally, internal combustion engines have been known in which sliding parts of a plurality of members in a combustion chamber are formed of a ceramic material or a ceramic-coated material, and water is used for lubrication in the combustion chamber (Patent Document 1). Patent Document 1 states that by using water for lubrication in this way, the inside of the cylinder can be kept clean, and knocking can be suppressed due to the cooling effect of the water.

また、非特許文献1には、SiCは、トライボケミカル反応により母材に比べて柔らかいSiO2層を形成して母材同士の固体接触を防止すると共に、さらに水と反応することによってより柔らかい水酸化物又は水和物になり、これが一種の潤滑剤として機能し、表面を保護したり、摩擦を下げたりすることが開示されている。 In addition, Non-Patent Document 1 states that SiC forms a SiO 2 layer that is softer than the base materials through a tribochemical reaction to prevent solid contact between the base materials, and further reacts with water to form a softer SiO2 layer. It has been disclosed that it becomes an oxide or hydrate, which functions as a type of lubricant, protecting surfaces and reducing friction.

特開平6-159087号公報Japanese Patent Application Publication No. 6-159087

木村芳一、「水で潤滑する」日本機械学会誌、2005.4、Vol.108、No.1037、p17~p19Yoshikazu Kimura, “Lubricating with water” Journal of the Japan Society of Mechanical Engineers, 2005.4, Vol. 108, No. 1037, p17-p19

しかしながら、摺動部分にセラミックス材を用いると共に摺動部分に水を供給するだけでは、内燃機関の互いに摺動する構成部品同士の潤滑を必ずしも適切に行うことができていなかった。 However, simply using a ceramic material for the sliding parts and supplying water to the sliding parts has not necessarily been able to adequately lubricate the mutually sliding component parts of the internal combustion engine.

上記課題に鑑みて、本開示の目的は、内燃機関の互いに摺動する構成部品同士の潤滑をより適切に行うことができるようにすることにある。 In view of the above problems, an object of the present disclosure is to enable more appropriate lubrication between mutually sliding component parts of an internal combustion engine.

本開示の要旨は以下のとおりである。 The gist of the present disclosure is as follows.

(1)作動中に構成部品同士が摺動する内燃機関であって、
前記構成部品同士の摺動面に水を供給する水供給装置と、
当該内燃機関の運転を制御する制御装置と、を有し、
前記構成部品同士の摺動面の少なくとも一方がケイ素系セラミックスで形成され、
前記制御装置は、当該内燃機関の作動が開始されてから所定の待機期間が経過するまで、機関負荷が所定の基準負荷以下に制限される低負荷・無負荷運転が行われるように当該内燃機関の運転を制御し、前記待機期間の経過後には機関負荷が前記基準負荷以下に制限されない通常運転が行われるように当該内燃機関の運転を制御する、内燃機関。
(2)前記待機期間は、前記構成部品の摺動面同士の積算摺動距離が予め定められた一定の距離に到達するのにかかる期間である、上記(1)に記載の内燃機関。
(3)前記待機期間は、予め定められた一定の時間である、上記(2)に記載の内燃機関。
(4)前記摺動面に供給される水に含まれる不純物の濃度に応じて変化する濃度パラメータの値を検出する濃度パラメータ検出装置を更に有し、
前記水供給装置は、前記摺動面に供給された後の水を繰り返し前記摺動面に供給し、
前記待機期間は、前記濃度パラメータ検出装置によって検出された濃度パラメータの値の変化速度が、所定の基準値以下になるまでの期間である、上記(1)に記載の内燃機関。
(5)前記濃度パラメータは、前記摺動面に供給される水の電気抵抗である、上記(4)に記載の内燃機関。
(6)前記構成部品同士の摺動抵抗の大きさに応じて変化する抵抗パラメータの値を検出する抵抗パラメータ検出装置を更に有し、
前記待機期間は、前記抵抗パラメータ検出装置によって検出された抵抗パラメータの値が、前記摺動抵抗の大きさが所定の基準値以下であることを表す値になるまでの期間である、上記(1)に記載の内燃機関。
(7)当該内燃機関はモータによって駆動されることができるように形成され、
前記抵抗パラメータは、当該内燃機関が前記モータによって所定の回転速度になるように駆動されているときの前記モータの出力である、上記(6)に記載の内燃機関。
(8)前記水供給装置は、前記摺動面に供給される水に含まれている前記ケイ素系セラミックスの粉末を除去するフィルタを有する、上記(1)~(7)のいずれか1つに記載の内燃機関。
(9)前記摺動面に供給された後の水が貯留される貯留部と、該貯留部に貯留された水を攪拌する攪拌装置と、を更に有し、
前記水供給装置は、前記貯留部に貯留されている水を前記摺動面に供給し、
前記制御装置は、当該内燃機関の作動が開始されてから前記待機期間が経過するまで、前記攪拌装置によって前記貯留部に貯留された水を攪拌させる、上記(1)~(8)のいずれか1つに記載の内燃機関。
(10)互いに摺動する前記構成部品として、シリンダと、該シリンダ内で往復運動するピストンの外周に設けられたピストンリングとを有する、上記(1)~(9)のいずれか1つに記載の内燃機関。
(11)前記水供給装置は、水を前記ピストンに向かって噴射するウォータジェットと、前記ピストン内に設けられたピストン通路とを有し、
前記ピストン通路は、該ウォータジェットから噴射された水が前記ピストン通路に流入すると共に前記ピストン通路内の水が前記ピストンリングに供給されるように形成される、上記(10)に記載の内燃機関。
(12)当該内燃機関は、燃料として水素を用いる内燃機関である、上記(1)~(11)のいずれか1つに記載の内燃機関。
(1) An internal combustion engine in which component parts slide against each other during operation,
a water supply device that supplies water to sliding surfaces between the component parts;
A control device that controls the operation of the internal combustion engine,
At least one of the sliding surfaces of the component parts is formed of silicon-based ceramics,
The control device controls the internal combustion engine so that low-load/no-load operation is performed in which the engine load is limited to a predetermined reference load or less until a predetermined standby period elapses after the internal combustion engine starts operating. and controlling the operation of the internal combustion engine so that normal operation is performed in which the engine load is not limited to below the reference load after the standby period has elapsed.
(2) The internal combustion engine according to (1) above, wherein the waiting period is a period required for the cumulative sliding distance between the sliding surfaces of the component parts to reach a predetermined constant distance.
(3) The internal combustion engine according to (2) above, wherein the standby period is a predetermined constant time.
(4) further comprising a concentration parameter detection device that detects a concentration parameter value that changes depending on the concentration of impurities contained in the water supplied to the sliding surface;
The water supply device repeatedly supplies the water after being supplied to the sliding surface to the sliding surface,
The internal combustion engine according to (1) above, wherein the standby period is a period until the rate of change of the value of the concentration parameter detected by the concentration parameter detection device becomes equal to or less than a predetermined reference value.
(5) The internal combustion engine according to (4) above, wherein the concentration parameter is an electrical resistance of water supplied to the sliding surface.
(6) further comprising a resistance parameter detection device that detects a resistance parameter value that changes depending on the magnitude of sliding resistance between the component parts;
The waiting period is a period until the value of the resistance parameter detected by the resistance parameter detection device reaches a value indicating that the magnitude of the sliding resistance is equal to or less than a predetermined reference value. ).
(7) the internal combustion engine is configured to be driven by a motor;
The internal combustion engine according to (6) above, wherein the resistance parameter is the output of the motor when the internal combustion engine is driven by the motor to a predetermined rotational speed.
(8) The water supply device according to any one of (1) to (7) above includes a filter that removes the silicon-based ceramic powder contained in the water supplied to the sliding surface. Internal combustion engine as described.
(9) further comprising a storage section in which water is stored after being supplied to the sliding surface, and a stirring device that stirs the water stored in the storage section;
The water supply device supplies water stored in the storage section to the sliding surface,
Any one of (1) to (8) above, wherein the control device causes the stirring device to stir the water stored in the storage portion until the standby period elapses after the internal combustion engine starts operating. The internal combustion engine according to one.
(10) The component parts sliding with respect to each other include a cylinder and a piston ring provided on the outer periphery of a piston that reciprocates within the cylinder, according to any one of (1) to (9) above. internal combustion engine.
(11) The water supply device includes a water jet that injects water toward the piston, and a piston passage provided in the piston,
The internal combustion engine according to (10) above, wherein the piston passage is formed such that water injected from the water jet flows into the piston passage and water in the piston passage is supplied to the piston ring. .
(12) The internal combustion engine according to any one of (1) to (11) above, wherein the internal combustion engine is an internal combustion engine that uses hydrogen as fuel.

本開示によれば、内燃機関の互いに摺動する構成部品同士の潤滑をより適切に行うことができる。 According to the present disclosure, it is possible to more appropriately lubricate mutually sliding component parts of an internal combustion engine.

図1は、内燃機関の概略的な断面側面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional side view of an internal combustion engine. 図2は、内燃機関のシリンダ付近が拡大された断面側面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional side view of the vicinity of the cylinder of the internal combustion engine. 図3は、内燃機関の制御に関する車両のハードウェア構成を概略的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing the hardware configuration of the vehicle regarding control of the internal combustion engine. 図4は、内燃機関の作動が開始されたときの内燃機関の負荷の時間推移を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the time course of the load on the internal combustion engine when the internal combustion engine starts operating. 図5は、内燃機関の運転制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing a control routine for controlling the operation of the internal combustion engine. 図6は、内燃機関の運転制御の制御ルーチンを示す、図5と同様なフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart similar to FIG. 5, showing a control routine for controlling the operation of the internal combustion engine. 図7は、内燃機関の運転制御の制御ルーチンを示す、図5と同様なフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart similar to FIG. 5, showing a control routine for controlling the operation of the internal combustion engine. 図8は、第四実施形態に係る内燃機関の概略的な断面側面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional side view of an internal combustion engine according to a fourth embodiment. 図9は、第五実施形態に係る内燃機関の概略的な断面側面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional side view of an internal combustion engine according to a fifth embodiment. 図10は、第五実施形態に係る内燃機関の制御に関する車両のハードウェア構成を概略的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically showing a hardware configuration of a vehicle regarding control of an internal combustion engine according to a fifth embodiment. 図11は、内燃機関1の運転制御の制御ルーチンを示す、図5と同様なフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart similar to FIG. 5, showing a control routine for controlling the operation of the internal combustion engine 1.

以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in the following description, the same reference number is attached to the same component.

第一実施形態
<内燃機関の構成>
まず、図1~図3を参照して、第一実施形態に係る内燃機関の構成について説明する。本実施形態に係る内燃機関1は、燃料として水素が燃焼室内に供給される水素エンジンである。また、本実施形態では、内燃機関1は、車両100に搭載される。車両100は、内燃機関1に加えて、車両100を駆動するための電気モータを有するハイブリッド車両である。特に、本実施形態では、内燃機関1は、主に、電気モータに供給される電力を発電するための発電機として用いられ、車両100は主に電気モータによって駆動される。
First embodiment <Configuration of internal combustion engine>
First, the configuration of the internal combustion engine according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. The internal combustion engine 1 according to this embodiment is a hydrogen engine in which hydrogen is supplied as fuel into a combustion chamber. Further, in this embodiment, the internal combustion engine 1 is mounted on the vehicle 100. Vehicle 100 is a hybrid vehicle that includes, in addition to internal combustion engine 1, an electric motor for driving vehicle 100. In particular, in this embodiment, the internal combustion engine 1 is mainly used as a generator for generating electric power to be supplied to an electric motor, and the vehicle 100 is mainly driven by the electric motor.

図1は、内燃機関1の概略的な断面側面図である。また、図2は、内燃機関1のシリンダ付近が拡大された断面側面図である。以下の説明では、図1及び図2の上側が内燃機関1の上側、図1及び図2の下側が内燃機関1の下側として説明する。しかしながら、例えば、図1及び図2の上下は必ずしも内燃機関1の上下とは一致しなくてもよい。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional side view of an internal combustion engine 1. FIG. Further, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional side view of the cylinder vicinity of the internal combustion engine 1. As shown in FIG. In the following description, the upper side of FIGS. 1 and 2 is the upper side of the internal combustion engine 1, and the lower side of FIGS. 1 and 2 is the lower side of the internal combustion engine 1. However, for example, the top and bottom of FIGS. 1 and 2 do not necessarily have to correspond to the top and bottom of the internal combustion engine 1.

図1及び図2に示されるように、内燃機関1は、シリンダブロック2、シリンダヘッド3、ピストン4、クランクケース5及びウォータパン6を有する。シリンダブロック2には、一つ又は複数のシリンダが形成され、ピストン4はこのシリンダ内を上下に往復運動する。また、シリンダブロック2上にシリンダヘッド3が配置され、シリンダヘッド3、シリンダ及びピストン4によって燃焼室7が画定される。 As shown in FIGS. 1 and 2, the internal combustion engine 1 includes a cylinder block 2, a cylinder head 3, a piston 4, a crankcase 5, and a water pan 6. One or more cylinders are formed in the cylinder block 2, and the piston 4 reciprocates up and down within this cylinder. Further, a cylinder head 3 is arranged on the cylinder block 2, and a combustion chamber 7 is defined by the cylinder head 3, the cylinder, and the piston 4.

シリンダブロック2は、各シリンダ毎にシリンダを画定するシリンダライナ11を有する。したがって、シリンダは、シリンダライナ11の内面によって形成される。シリンダライナ11は、ケイ素系セラミックスで形成される。具体的には、本実施形態では、シリンダライナ11は、炭化ケイ素(SiC)で形成される。なお、シリンダライナ11は、窒化ケイ素(Si34)等、他のケイ素系セラミックスで形成されてもよい。したがって、本実施形態では、シリンダを画定する表面はケイ素系セラミックスで形成される。 The cylinder block 2 has a cylinder liner 11 defining each cylinder. The cylinder is thus formed by the inner surface of the cylinder liner 11. The cylinder liner 11 is made of silicon-based ceramics. Specifically, in this embodiment, cylinder liner 11 is formed of silicon carbide (SiC). Note that the cylinder liner 11 may be formed of other silicon-based ceramics such as silicon nitride (Si 3 N 4 ). Therefore, in this embodiment, the surface defining the cylinder is formed of silicon-based ceramics.

なお、シリンダブロック2は、シリンダライナ11を有さずに、シリンダブロック2自体が各シリンダを画定してもよい。この場合、シリンダブロック2がケイ素系セラミックスで形成される。或いは、シリンダライナ11又はシリンダブロック2のシリンダを形成する表面にケイ素系セラミックスのコーティングが形成されてもよい。いずれにせよ、シリンダを画定する表面はケイ素系セラミックスで形成される。 Note that the cylinder block 2 may not have the cylinder liner 11, and the cylinder block 2 itself may define each cylinder. In this case, the cylinder block 2 is made of silicon-based ceramics. Alternatively, a coating of silicon-based ceramics may be formed on the cylinder liner 11 or the surface of the cylinder block 2 that forms the cylinder. In any case, the surfaces defining the cylinder are formed of silicon-based ceramics.

シリンダヘッド3は、シリンダブロック2上に配置され、シリンダブロック2に形成されたシリンダの上部を塞ぐ。シリンダヘッド3には、各燃焼室7の頂面中央部に配置された点火プラグ12と、各燃焼室7の外周領域に配置された燃料噴射弁13とが設けられる。燃料噴射弁13は、燃焼室7内に燃料を噴射すると共に、点火プラグ12は燃焼室7内に形成された混合気に点火する。 The cylinder head 3 is arranged on the cylinder block 2 and closes the upper part of the cylinder formed in the cylinder block 2. The cylinder head 3 is provided with a spark plug 12 arranged at the center of the top surface of each combustion chamber 7 and a fuel injection valve 13 arranged at the outer peripheral region of each combustion chamber 7 . The fuel injection valve 13 injects fuel into the combustion chamber 7, and the spark plug 12 ignites the air-fuel mixture formed within the combustion chamber 7.

また、シリンダヘッド3には、吸気ガスが流通する吸気ポート14が形成され、吸気ポート14を開閉する吸気弁15が設けられる。吸気弁15の開閉は、吸気弁15の開閉弁タイミングや吸気弁15のリフト量を変更可能な吸気可変動弁機構によって制御される。さらに、シリンダヘッド3には、排気ガスが流通する排気ポート16が形成され、排気ポート16を開閉する排気弁17が設けられる。排気弁17の開閉も、排気弁17の開閉弁タイミングや排気弁17のリフト量を変更可能な排気可変動弁機構によって制御される。なお、吸気可変動弁機構及び/又は排気可変動弁は設けられなくてもよい。この場合、吸気弁15及び/又は排気弁17は、開閉弁タイミング及びリフト量は一定に維持される。 Further, the cylinder head 3 is formed with an intake port 14 through which intake gas flows, and is provided with an intake valve 15 that opens and closes the intake port 14 . The opening and closing of the intake valve 15 is controlled by an intake variable valve mechanism that can change the opening/closing timing of the intake valve 15 and the lift amount of the intake valve 15. Further, the cylinder head 3 is formed with an exhaust port 16 through which exhaust gas flows, and is provided with an exhaust valve 17 that opens and closes the exhaust port 16. The opening and closing of the exhaust valve 17 is also controlled by a variable exhaust valve mechanism that can change the opening and closing timing of the exhaust valve 17 and the lift amount of the exhaust valve 17. Note that the intake variable valve mechanism and/or the exhaust variable valve mechanism may not be provided. In this case, the opening/closing timing and lift amount of the intake valve 15 and/or the exhaust valve 17 are maintained constant.

ピストン4は、図2に示されるように、その外周に、それぞれ一周に亘って延びる複数の溝21を有する。これら溝21には、それぞれピストンリング22が配置される。各ピストンリング22は、その外面がシリンダライナ11の内面に接するように形成される。本実施形態では、ピストンリング22は、ケイ素系セラミックスで形成される。具体的には、ピストンリング22は、炭化ケイ素(SiC)で形成される。なお、ピストンリング22は、窒化ケイ素(Si34)等、他のケイ素系セラミックスで形成されてもよい。また、ピストンリング22の外面上にケイ素系セラミックスのコーティングが形成されてもよい。したがって、本実施形態では、ピストン4の往復運動に伴って互いに対して摺動する摺動面であるピストンリング22の外面及びシリンダライナ11の内面はいずれもケイ素系セラミックスで形成される。 As shown in FIG. 2, the piston 4 has a plurality of grooves 21 on its outer periphery, each extending around one circumference. Piston rings 22 are arranged in these grooves 21, respectively. Each piston ring 22 is formed such that its outer surface contacts the inner surface of the cylinder liner 11. In this embodiment, the piston ring 22 is made of silicon-based ceramics. Specifically, piston ring 22 is formed of silicon carbide (SiC). Note that the piston ring 22 may be formed of other silicon-based ceramics such as silicon nitride (Si 3 N 4 ). Furthermore, a silicon-based ceramic coating may be formed on the outer surface of the piston ring 22. Therefore, in this embodiment, the outer surface of the piston ring 22 and the inner surface of the cylinder liner 11, which are sliding surfaces that slide relative to each other as the piston 4 reciprocates, are both formed of silicon-based ceramics.

また、ピストン4は、コンロッド23を介してクランクシャフト24に連結される。コンロッド23は、ピストン4の往復運動をクランクシャフト24の回転運動に変換するように、ピストンピン25によりピストン4に連結され、クランクピン26によりクランクシャフト24に連結される。 Further, the piston 4 is connected to a crankshaft 24 via a connecting rod 23. The connecting rod 23 is connected to the piston 4 by a piston pin 25 and to the crankshaft 24 by a crank pin 26 so as to convert reciprocating movement of the piston 4 into rotational movement of the crankshaft 24.

クランクケース5は、シリンダブロック2の下方に配置されて、シリンダブロック2に固定される。クランクケース5は、クランクシャフト24が外部に曝されることのないように、クランクシャフト24を覆う。 The crankcase 5 is arranged below the cylinder block 2 and fixed to the cylinder block 2. The crankcase 5 covers the crankshaft 24 so that the crankshaft 24 is not exposed to the outside.

ウォータパン6は、クランクケース5の下方に配置されて、クランクケース5に固定される。本実施形態では、内燃機関1の構成部品同士の摺動面の潤滑に水が用いられる。ウォータパン6は、このように潤滑に用いられる水を貯留するのに用いられる貯留部として機能する。ここで用いられる水は、単なる水であってもよいし、例えば防錆や凍結防止のための添加剤等が添加された水であってもよい。 The water pan 6 is arranged below the crankcase 5 and fixed to the crankcase 5. In this embodiment, water is used to lubricate the sliding surfaces between the components of the internal combustion engine 1. The water pan 6 thus functions as a storage section used to store water used for lubrication. The water used here may be simple water, or may be water to which additives for rust prevention or freezing prevention are added, for example.

次に、図1及び図2を参照して、内燃機関1における潤滑を行うための水を供給する水供給装置の構成について説明する。水供給装置は、ウォータパン6に貯留された水を、内燃機関1の構成部品同士の摺動面に供給する。特に、本実施形態では、ウォータパン6に貯留された水を、シリンダの内面(シリンダライナ11の内面)とピストンリング22の外面との間に供給する。 Next, with reference to FIGS. 1 and 2, the configuration of a water supply device that supplies water for lubricating the internal combustion engine 1 will be described. The water supply device supplies water stored in the water pan 6 to the sliding surfaces of the constituent parts of the internal combustion engine 1 . In particular, in this embodiment, the water stored in the water pan 6 is supplied between the inner surface of the cylinder (the inner surface of the cylinder liner 11 ) and the outer surface of the piston ring 22 .

図1及び図2に示したように、水供給装置は、ストレーナ31と、ポンプ32と、ウォータジェット33と、ピストン4内に形成されたピストン通路34と、を有する。ポンプ32を駆動するとウォータパン6に貯留された水がストレーナ31を介して吸入されてウォータジェット33から噴射される(図1の矢印を参照)。ウォータジェット33から噴射された水は、ピストン4内に形成されてピストン通路34に流入する(図2の矢印を参照)と共に、このピストン通路34を介してピストンリング22が設けられた溝21に供給され、その後、ピストンリング22に、特にピストンリング22とシリンダライナ11との間に供給される。 As shown in FIGS. 1 and 2, the water supply device includes a strainer 31, a pump 32, a water jet 33, and a piston passage 34 formed in the piston 4. When the pump 32 is driven, water stored in the water pan 6 is sucked through the strainer 31 and is injected from the water jet 33 (see the arrow in FIG. 1). The water injected from the water jet 33 flows into the piston passage 34 formed in the piston 4 (see the arrow in FIG. 2), and flows through the piston passage 34 into the groove 21 in which the piston ring 22 is provided. It is then fed to the piston ring 22, in particular between the piston ring 22 and the cylinder liner 11.

ストレーナ31は、ウォータパン6に貯留された水に混入された異物を除去するためのメッシュ状の濾過装置であり、ウォータパン6に貯留された水内に浸されるように配置される。ストレーナ31はポンプ32に連通しており、ウォータパン6に貯留された水は、ストレーナ31を通ってポンプ32に供給される。 The strainer 31 is a mesh-like filtration device for removing foreign matter mixed into the water stored in the water pan 6, and is arranged so as to be immersed in the water stored in the water pan 6. The strainer 31 communicates with a pump 32, and the water stored in the water pan 6 is supplied to the pump 32 through the strainer 31.

ポンプ32は、ウォータパン6内に貯留されていた水をストレーナ31を介して吸い上げてウォータジェット33へ供給する。ポンプ32は、例えば、電動式の可変容量ポンプにより構成される。ポンプ32は、後述する機関ECU40に接続され、機関ECU40からの指令によって制御される。 The pump 32 sucks up water stored in the water pan 6 through the strainer 31 and supplies it to the water jet 33. The pump 32 is configured by, for example, an electric variable displacement pump. The pump 32 is connected to an engine ECU 40, which will be described later, and is controlled by instructions from the engine ECU 40.

ウォータジェット33は、各シリンダの下方においてシリンダブロック2又はクランクケース5に取り付けられる。ウォータジェット33は、ポンプ32から供給された水を、ピストン4の内側や、各シリンダの壁面に向かって噴射する。 Water jet 33 is attached to cylinder block 2 or crankcase 5 below each cylinder. The water jet 33 injects water supplied from the pump 32 toward the inside of the piston 4 and the wall surface of each cylinder.

ピストン4内に形成されたピストン通路34は、ウォータジェット33によってピストン4の下面に向かって噴射された水を、ピストンリング22が設けられた溝21に供給する。ピストン通路34は、ピストン4内で一周に亘って延びる環状の主通路(クーリングチャネル)34aと、主通路34aからピストン4の下面まで延びる入口通路34bと、各溝21に連通する出口通路34cとを有する。入口通路34bは、ウォータジェット33の噴射方向の延長線上に位置する。また、各出口通路34cは放射状に延び、各溝21と主通路34aとの間には複数の出口通路34cが設けられる。各溝21と主通路34aとの間の出口通路34cは、周方向に等間隔で設けられる。 A piston passage 34 formed in the piston 4 supplies water jetted toward the lower surface of the piston 4 by the water jet 33 to the groove 21 in which the piston ring 22 is provided. The piston passage 34 includes an annular main passage (cooling channel) 34a that extends all around the piston 4, an inlet passage 34b that extends from the main passage 34a to the lower surface of the piston 4, and an outlet passage 34c that communicates with each groove 21. has. The inlet passage 34b is located on an extension line of the water jet 33 in the jetting direction. Further, each outlet passage 34c extends radially, and a plurality of outlet passages 34c are provided between each groove 21 and the main passage 34a. Outlet passages 34c between each groove 21 and the main passage 34a are provided at equal intervals in the circumferential direction.

このように構成されたピストン通路34では、ウォータジェット33から水が噴射されると、噴射された水が入口通路34bに流入する。入口通路34bに流入した水は、主通路34a内を周方向に流れ、その後、出口通路34cを通って溝21に流入する。 In the piston passage 34 configured in this way, when water is jetted from the water jet 33, the jetted water flows into the inlet passage 34b. The water that has entered the inlet passage 34b flows circumferentially within the main passage 34a, and then flows into the groove 21 through the outlet passage 34c.

したがって、本実施形態では、ウォータジェット33から噴射される一部の水がシリンダライナ11の内面上に直接供給される。また、ウォータジェット33から噴射される一部の水が、ピストン通路34を介して溝21に供給される。このようにしてシリンダライナ11の内面上やピストン4の溝21に供給された水は、その後、ピストンリング22の外面とシリンダライナ11の内面との間に、すなわち内燃機関1の構成部品同士の摺動面上に供給される。 Therefore, in this embodiment, some of the water jetted from the water jet 33 is directly supplied onto the inner surface of the cylinder liner 11. Further, some of the water jetted from the water jet 33 is supplied to the groove 21 via the piston passage 34. The water thus supplied onto the inner surface of the cylinder liner 11 and into the groove 21 of the piston 4 then flows between the outer surface of the piston ring 22 and the inner surface of the cylinder liner 11, that is, between the components of the internal combustion engine 1. Supplied onto the sliding surface.

図3は、内燃機関1の制御に関する車両100のハードウェア構成を概略的に示す図である。図3に示されるように、内燃機関1は、内燃機関1の運転を制御する制御装置として機能する機関ECU40を有する。加えて、内燃機関1は、内燃機関1に関する各種パラメータを検出するためのセンサとして、濃度センサ41及び出力センサ42を有する。さらに、内燃機関1は、内燃機関1を制御するために用いられるアクチュエータとして、上述した点火プラグ12、燃料噴射弁13及びポンプ32に加えて、スロットル弁43を有する。また、車両100は、電気モータを制御するパワーコントロールユニット(PCU)51と、PCU51を制御するためのモータECU50と、を有する。PCU51は、例えば、インバータ、DC/DCコンバータなどを含む。これら濃度センサ41、出力センサ42、点火プラグ12、燃料噴射弁13、ポンプ32、スロットル弁43、PCU51、機関ECU40及びモータECU50は、CAN(Controller Area Network)等の規格に準拠した車内ネットワーク63により、互いに接続されている。 FIG. 3 is a diagram schematically showing the hardware configuration of vehicle 100 regarding control of internal combustion engine 1. As shown in FIG. As shown in FIG. 3, the internal combustion engine 1 includes an engine ECU 40 that functions as a control device that controls the operation of the internal combustion engine 1. In addition, the internal combustion engine 1 includes a concentration sensor 41 and an output sensor 42 as sensors for detecting various parameters related to the internal combustion engine 1. Further, the internal combustion engine 1 includes a throttle valve 43 in addition to the above-described spark plug 12, fuel injection valve 13, and pump 32 as actuators used to control the internal combustion engine 1. Vehicle 100 also includes a power control unit (PCU) 51 that controls the electric motor, and a motor ECU 50 that controls PCU 51. The PCU 51 includes, for example, an inverter, a DC/DC converter, and the like. These concentration sensor 41, output sensor 42, spark plug 12, fuel injection valve 13, pump 32, throttle valve 43, PCU 51, engine ECU 40, and motor ECU 50 are connected to an in-vehicle network 63 compliant with standards such as CAN (Controller Area Network). , are connected to each other.

濃度センサ41は、ウォータパン6に貯留された水に含まれる不純物の濃度を検出するセンサである。不純物は、例えば、ピストンリング22の外面とシリンダライナ11の内面同士の摺動に伴ってこれら摺動面同士が削られて生成されたケイ素系セラミックスの粉末を含む。特に、本実施形態では、濃度センサ41は、不純物の濃度を検出するために、ウォータパン6に貯留された水の電気抵抗を検出する。濃度センサ41によって検出された電気抵抗が高いほど、ウォータパン6に貯留されている水に含まれる不純物の濃度が低い。 The concentration sensor 41 is a sensor that detects the concentration of impurities contained in the water stored in the water pan 6. The impurities include, for example, silicon-based ceramic powder generated by scraping the sliding surfaces of the outer surface of the piston ring 22 and the inner surface of the cylinder liner 11 as they slide against each other. In particular, in this embodiment, the concentration sensor 41 detects the electrical resistance of water stored in the water pan 6 in order to detect the concentration of impurities. The higher the electrical resistance detected by the concentration sensor 41, the lower the concentration of impurities contained in the water stored in the water pan 6.

なお、本実施形態では、濃度センサ41は、不純物の濃度に応じて変化する濃度パラメータとして、ウォータパン6に貯留された水の電気抵抗を検出している。しかしながら、濃度センサ41の代わりに、ウォータパン6に貯留された水に含まれる不純物の濃度に応じて変化するその他の濃度パラメータを検出する濃度パラメータ検出装置が用いられてもよい。例えば、濃度パラメータ検出装置は、不純物の濃度を検出するために、ウォータパン6に貯留された水の透明度を検出してもよい。 Note that in this embodiment, the concentration sensor 41 detects the electrical resistance of the water stored in the water pan 6 as a concentration parameter that changes depending on the concentration of impurities. However, instead of the concentration sensor 41, a concentration parameter detection device that detects other concentration parameters that change depending on the concentration of impurities contained in the water stored in the water pan 6 may be used. For example, the concentration parameter detection device may detect the transparency of water stored in the water pan 6 in order to detect the concentration of impurities.

出力センサ42は、電気モータの出力を検出するセンサである。出力センサ42は、例えば、電気モータに供給される電力に基づいて電気モータの出力を検出する。特に、内燃機関1に燃料が供給されない状態で内燃機関1が電気モータによって駆動されるときには、出力センサ42は、内燃機関1の駆動抵抗、すなわち内燃機関1の構成部品同士の摩擦抵抗を検出することができる。 The output sensor 42 is a sensor that detects the output of the electric motor. The output sensor 42 detects the output of the electric motor based on the electric power supplied to the electric motor, for example. In particular, when the internal combustion engine 1 is driven by an electric motor without fuel being supplied to the internal combustion engine 1, the output sensor 42 detects the driving resistance of the internal combustion engine 1, that is, the frictional resistance between the component parts of the internal combustion engine 1. be able to.

スロットル弁43は、内燃機関1の吸気通路に設けられて、燃焼室7に供給される吸気ガスの流量を制御する。したがって、スロットル弁43は、燃料噴射弁13及び点火プラグ12と共に、内燃機関1の運転を制御するのに用いられる。なお、内燃機関1の運転を制御するためには、その他の機器、例えば可変動弁機構、EGR弁等が更に用いられてもよい。 The throttle valve 43 is provided in the intake passage of the internal combustion engine 1 and controls the flow rate of intake gas supplied to the combustion chamber 7 . Therefore, the throttle valve 43 is used together with the fuel injection valve 13 and the spark plug 12 to control the operation of the internal combustion engine 1. Note that in order to control the operation of the internal combustion engine 1, other devices such as a variable valve mechanism, an EGR valve, etc. may be further used.

なお、内燃機関1又は車両100は、上述した全ての構成部品を有していなくてもよい。したがって、内燃機関1は、例えば、濃度センサ41又は出力センサ42等を有していなくてもよい。 Note that the internal combustion engine 1 or the vehicle 100 does not need to have all the components described above. Therefore, the internal combustion engine 1 does not need to have the concentration sensor 41 or the output sensor 42, for example.

また、本実施形態では、内燃機関1は主に発電機として用いられているが、内燃機関1は発電に加えて、内燃機関1を直接駆動するのに用いられてもよい。また、本実施形態では、内燃機関1を搭載する車両100はハイブリッド車両であるが、車両100は内燃機関1のみによって駆動されて、車両100を駆動するための電気モータを有していない車両であってもよい。 Further, in this embodiment, the internal combustion engine 1 is mainly used as a generator, but the internal combustion engine 1 may be used to directly drive the internal combustion engine 1 in addition to generating electricity. Furthermore, in this embodiment, the vehicle 100 equipped with the internal combustion engine 1 is a hybrid vehicle, but the vehicle 100 is a vehicle that is driven only by the internal combustion engine 1 and does not have an electric motor for driving the vehicle 100. There may be.

<水による潤滑>
上述したように、本実施形態に係る内燃機関1では、シリンダライナ11の内面とピストンリング22の外面がSiCセラミックスで形成されている。また、ピストン4がシリンダ内で往復運動するとき、すなわちピストンリング22がシリンダライナ11上を摺動するときには、上述したように、これらの摺動面に水が供給される。
<Water lubrication>
As described above, in the internal combustion engine 1 according to the present embodiment, the inner surface of the cylinder liner 11 and the outer surface of the piston ring 22 are made of SiC ceramics. Further, when the piston 4 reciprocates within the cylinder, that is, when the piston ring 22 slides on the cylinder liner 11, water is supplied to these sliding surfaces as described above.

ここで、SiCなどのケイ素系セラミックスは、水が供給されている環境下で摩擦が生じると、その摺動面においてトライボケミカル反応により下記式(1)で表される化学反応が生じ、二酸化ケイ素SiO2が生成される。
SiC+2H2O→SiO2+CH4 …(1)
このようにして生成されるSiO2は、非晶質でやわらかく、せん断力が小さい。このため、摺動面にSiO2が生成されると、摺動時の摩擦抵抗が低減される。
Here, when friction occurs in silicon-based ceramics such as SiC in an environment where water is supplied, a chemical reaction expressed by the following formula (1) occurs due to a tribochemical reaction on the sliding surface, and silicon dioxide SiO2 is produced.
SiC+ 2H2OSiO2 + CH4 ...(1)
The SiO 2 produced in this way is amorphous and soft, and has a small shearing force. Therefore, when SiO2 is generated on the sliding surface, the frictional resistance during sliding is reduced.

加えて、水が供給されている環境下では、SiO2は下記式(2)で表されるように水酸化物(Si(OH)4)に変換されたり、水和物(SiO2・nH2O)に変換されたりし得る。
SiO2+2H2O→Si(OH)4 …(2)
このようにして生成されるSi(OH)4やSiO2・nH2Oは、潤滑剤として機能し、よって摺動時の摩擦抵抗がより低減される。
In addition, in an environment where water is supplied, SiO 2 is converted to hydroxide (Si(OH) 4 ) as represented by the following formula (2) or hydrated (SiO 2 .nH 2 O).
SiO 2 +2H 2 O→Si(OH) 4 …(2)
Si(OH) 4 and SiO 2 .nH 2 O produced in this way function as a lubricant, thereby further reducing frictional resistance during sliding.

したがって、水が供給されている環境下でピストン4がシリンダ内で往復運動してピストンリング22がシリンダライナ11に対して摺動すると、ピストンリング22の外面及びシリンダライナ11の内面にはSiO2、Si(OH)4又はSiO2・nH2O(以下、これらをまとめて「SiO2等」という)が生成され、これらの間の摩擦抵抗が低減される。 Therefore, when the piston 4 reciprocates within the cylinder and the piston ring 22 slides against the cylinder liner 11 in an environment where water is supplied, SiO 2 is formed on the outer surface of the piston ring 22 and the inner surface of the cylinder liner 11. , Si(OH) 4 or SiO 2 .nH 2 O (hereinafter collectively referred to as "SiO 2 etc."), and the frictional resistance between them is reduced.

なお、このような現象は、SiCセラミックスのみならず、Si34などの他のケイ素系セラミックスでも生じる。したがって、シリンダライナ11及びピストンリング22がSiC以外のケイ素系セラミックスで形成されても、上述した摩擦低減効果を得ることができる。 Note that such a phenomenon occurs not only in SiC ceramics but also in other silicon-based ceramics such as Si 3 N 4 . Therefore, even if the cylinder liner 11 and the piston ring 22 are formed of silicon-based ceramics other than SiC, the above-described friction reduction effect can be obtained.

また、上述したような現象は、互いに摺動する構成部品の少なくとも一方の摺動面がケイ素系セラミックスで形成されていれば生じ得る。このため、互いに摺動する構成部品の少なくとも一方の摺動面がケイ素系セラミックスで形成されていれば、他方の摺動面は別の材料によって形成されていてもよい。したがって、シリンダライナ11及びピストンリング22のうちの一方の摺動面がケイ素系セラミックスで形成されていれば、他方の摺動面は鉄やアルミニウム等で形成されていてもよい。 Moreover, the above-mentioned phenomenon can occur if at least one sliding surface of the components that slide on each other is formed of silicon-based ceramics. Therefore, as long as at least one sliding surface of the components that slide against each other is formed of silicon-based ceramics, the other sliding surface may be formed of another material. Therefore, if one of the sliding surfaces of the cylinder liner 11 and the piston ring 22 is made of silicon-based ceramics, the other sliding surface may be made of iron, aluminum, or the like.

<始動の際の制御>
ところで、内燃機関1の停止中には、シリンダライナ11の内面上やピストンリング22の外面上には、SiO2等はほとんど残らない。したがって、内燃機関1の作動が開始されるとき(クランクシャフト24が停止している状態から回転し始めるとき)には、基本的に、これら摺動面上にはSiO2等はほとんど残っていない。したがって、内燃機関1の作動が開始されるときには、ピストン4がシリンダ内で往復運動することでシリンダライナ11の内面上やピストンリング22の外面上に傷や摩耗が生じ易いと共に、摩擦損失が大きくなり易い。特に、内燃機関1の負荷が高くて燃焼室7内の圧力が高くなる場合には、ピストンリング22のシリンダライナ11への押し付け力が強くなると共に、振動によるピストン4のブレが大きくなることから、傷や摩耗が特に生じ易い。
<Control during startup>
Incidentally, while the internal combustion engine 1 is stopped, almost no SiO 2 or the like remains on the inner surface of the cylinder liner 11 or the outer surface of the piston ring 22. Therefore, when the internal combustion engine 1 starts operating (when the crankshaft 24 starts rotating from a stopped state), basically there is almost no SiO 2 etc. left on these sliding surfaces. . Therefore, when the internal combustion engine 1 starts operating, the piston 4 reciprocates within the cylinder, which tends to cause scratches and wear on the inner surface of the cylinder liner 11 and the outer surface of the piston ring 22, and also causes large friction losses. It's easy. In particular, when the load on the internal combustion engine 1 is high and the pressure inside the combustion chamber 7 becomes high, the pressing force of the piston ring 22 against the cylinder liner 11 becomes strong, and the wobbling of the piston 4 due to vibration becomes large. , are particularly susceptible to scratches and wear.

そこで、本実施形態では、内燃機関1の作動が開始されてから所定の待機期間が経過するまで、内燃機関1の負荷が所定の基準負荷以下に制御される低負荷運転が行われるように内燃機関1の運転が制御される。その後、内燃機関1の作動が開始されてから待機期間が経過した後には機関負荷が基準負荷以下に制限されない通常運転が行われる。ここで、基準負荷は、内燃機関1の負荷が基準負荷よりも大きくなると、内燃機関1の作動開始直後に、シリンダライナ11の内面上やピストンリング22の外面上に大きな傷や摩耗が生じてしまうような負荷である。また、内燃機関1の通常運転中にも上限負荷が設定される場合があるが、基準負荷は斯かる上限負荷よりも低い負荷である。 Therefore, in the present embodiment, the internal combustion engine 1 is configured to perform low-load operation in which the load of the internal combustion engine 1 is controlled to be below a predetermined reference load until a predetermined standby period elapses after the internal combustion engine 1 starts operating. The operation of engine 1 is controlled. Thereafter, after a standby period has elapsed since the internal combustion engine 1 started operating, normal operation is performed in which the engine load is not limited to a reference load or less. Here, the reference load means that when the load of the internal combustion engine 1 becomes larger than the reference load, large scratches and wear occur on the inner surface of the cylinder liner 11 and the outer surface of the piston ring 22 immediately after the internal combustion engine 1 starts operating. It's a heavy load. Further, although an upper limit load may be set during normal operation of the internal combustion engine 1, the reference load is a load lower than the upper limit load.

図4は、内燃機関1の作動が開始されたときの内燃機関1の負荷の時間推移を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing the time course of the load on the internal combustion engine 1 when the operation of the internal combustion engine 1 is started.

図4に示した例では、時刻t1において内燃機関1の作動が開始(クランクシャフト24の回転が開始)される。時刻t1において内燃機関1の作動が開始されると、内燃機関1では低負荷運転が行われ、内燃機関1の負荷は第1負荷L1に設定される。第1負荷L1は、例えば、内燃機関1が作動するのに最低限必要な負荷であり、上述した基準負荷以下の負荷である。第1負荷L1は、例えば、内燃機関1がアイドリング状態に維持されるのに必要な負荷である。したがって、時刻t1以降、機関ECU40は、内燃機関1の負荷が第1負荷L1になるように、内燃機関1の様々なアクチュエータ(例えば、スロットル弁43、燃料噴射弁13、点火プラグ12など)を制御する。 In the example shown in FIG. 4, the internal combustion engine 1 starts operating (the crankshaft 24 starts rotating) at time t1. When the internal combustion engine 1 starts operating at time t1, the internal combustion engine 1 performs low load operation, and the load of the internal combustion engine 1 is set to the first load L1. The first load L1 is, for example, a minimum load required for the internal combustion engine 1 to operate, and is a load that is equal to or lower than the above-mentioned reference load. The first load L1 is, for example, a load necessary for maintaining the internal combustion engine 1 in an idling state. Therefore, after time t1, the engine ECU 40 controls various actuators of the internal combustion engine 1 (for example, the throttle valve 43, the fuel injection valve 13, the spark plug 12, etc.) so that the load on the internal combustion engine 1 becomes the first load L1. Control.

内燃機関1の負荷は、第1負荷に設定されると、待機期間に亘って維持される。ここで、待機期間は、ピストンリング22の外面上又はシリンダライナ11の内面上に、SiO2等の膜を傷や摩耗を抑制するのに十分な程生成するのに必要と考えられる期間である。ここで、シリンダライナ11の内面やピストンリング22の外面にSiO2等の膜を形成するためには、これら摺動面同士が一定の距離を摺動することが必要である。したがって、本実施形態では、待機期間は、これら摺動面同士が一定の距離を摺動するのに必要な期間である。本実施形態では、待機期間は、予め定められた一定の基準時間に設定される。待機期間が経過すると、ピストンリング22の外面上又はシリンダライナ11の内面上に、SiO2等の膜が十分形成されていると考えられる。このため、待機期間が経過すると、低負荷運転を行う必要がなくなる。 Once the load of the internal combustion engine 1 is set to the first load, it is maintained over the standby period. Here, the waiting period is a period considered necessary to generate a film of SiO 2 or the like on the outer surface of the piston ring 22 or the inner surface of the cylinder liner 11 to a sufficient extent to suppress scratches and wear. . Here, in order to form a film of SiO 2 or the like on the inner surface of the cylinder liner 11 and the outer surface of the piston ring 22, it is necessary that these sliding surfaces slide a certain distance. Therefore, in this embodiment, the standby period is the period required for these sliding surfaces to slide a certain distance. In this embodiment, the waiting period is set to a predetermined constant reference time. After the waiting period has elapsed, it is considered that a film of SiO 2 or the like has been sufficiently formed on the outer surface of the piston ring 22 or the inner surface of the cylinder liner 11. Therefore, after the standby period has elapsed, there is no longer a need for low-load operation.

したがって、本実施形態では、図4に示されるように、時刻t1から待機期間が経過した時刻t2以降は、内燃機関1では通常運転が行われる。通常運転は、内燃機関1が作動の開始等の特殊な条件下にないときに内燃機関1によって行われる運転である。特に、本実施形態では、内燃機関1は電気モータに供給される電力を発電するために用いられるため、通常運転においては内燃機関1を効率良く運転することができるように一定の負荷に維持される。このため、時刻t2以降は、内燃機関1の負荷が第2負荷L2に設定される。第2負荷L2は、例えば、内燃機関1が通常運転を行う際に設定される負荷であり、上述した基準負荷よりも大きい負荷である。特に、本実施形態では、第2負荷は、その内燃機関1を最も効率良く運転することができる負荷に設定される。したがって、時刻t2以降、機関ECU40は、内燃機関1の負荷が第2負荷L2になるように内燃機関1の様々なアクチュエータを制御する。 Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 4, the internal combustion engine 1 performs normal operation after time t2 when the standby period has elapsed from time t1. The normal operation is an operation performed by the internal combustion engine 1 when the internal combustion engine 1 is not under special conditions such as starting operation. In particular, in this embodiment, since the internal combustion engine 1 is used to generate electric power to be supplied to the electric motor, the internal combustion engine 1 is maintained at a constant load during normal operation so that the internal combustion engine 1 can be operated efficiently. Ru. Therefore, after time t2, the load on the internal combustion engine 1 is set to the second load L2. The second load L2 is, for example, a load set when the internal combustion engine 1 performs normal operation, and is a load larger than the reference load mentioned above. In particular, in this embodiment, the second load is set to a load that allows the internal combustion engine 1 to operate most efficiently. Therefore, after time t2, the engine ECU 40 controls various actuators of the internal combustion engine 1 so that the load on the internal combustion engine 1 becomes the second load L2.

図5は、内燃機関1の運転制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは機関ECU40によって一定の時間間隔毎に実行される。 FIG. 5 is a flowchart showing a control routine for controlling the operation of the internal combustion engine 1. As shown in FIG. The illustrated control routine is executed by the engine ECU 40 at regular time intervals.

まず、ステップS11において、機関ECU40は内燃機関1の作動が開始された後であるか否かを判定する(ステップS11)。ステップS11において内燃機関1の作動が開始された後ではないと判定された場合、すなわち内燃機関1が停止中である場合には、制御ルーチンが終了される。 First, in step S11, the engine ECU 40 determines whether or not the operation of the internal combustion engine 1 has been started (step S11). If it is determined in step S11 that the operation of the internal combustion engine 1 has not started, that is, if the internal combustion engine 1 is stopped, the control routine is ended.

一方、ステップS11において内燃機関1の作動が開始された後であると判定された場合には、機関ECU40は、内燃機関1の作動が開始されてからの経過時間Tが予め定められた基準時間Trefであるか否かを判定する(ステップS12)。ステップS12において、経過時間Tが基準時間Tref未満であると判定された場合には、内燃機関1では低負荷運転が行われ、よって内燃機関1の負荷は第1負荷L1に設定される(ステップS13)。一方、ステップS12において経過時間Tが基準時間Tref以上であると判定された場合には、内燃機関1では通常運転が行われ、よって内燃機関1の負荷は第2負荷L2に設定される(ステップS14)。 On the other hand, if it is determined in step S11 that the operation of the internal combustion engine 1 has been started, the engine ECU 40 determines that the elapsed time T from the start of the operation of the internal combustion engine 1 is a predetermined reference time. It is determined whether it is Tref (step S12). In step S12, if it is determined that the elapsed time T is less than the reference time Tref, the internal combustion engine 1 performs low load operation, and the load of the internal combustion engine 1 is therefore set to the first load L1 (step S13). On the other hand, if it is determined in step S12 that the elapsed time T is equal to or greater than the reference time Tref, the internal combustion engine 1 is operated normally, and the load of the internal combustion engine 1 is therefore set to the second load L2 (step S14).

<効果及び変形例>
上述したように、内燃機関1の停止中には、シリンダライナ11の内面上やピストンリング22の外面上には、SiO2等はほとんど残らない。したがって、内燃機関1の作動が開始されるときには、これら摺動面同士の潤滑が十分でなく、よってこれら摺動面に傷や摩耗が生じ易い。
<Effects and modifications>
As described above, while the internal combustion engine 1 is stopped, almost no SiO 2 or the like remains on the inner surface of the cylinder liner 11 or the outer surface of the piston ring 22. Therefore, when the internal combustion engine 1 starts operating, these sliding surfaces do not have sufficient lubrication, and therefore, these sliding surfaces are likely to be scratched or worn.

これに対して、内燃機関1の本実施形態では、内燃機関1の作動が開始されてから待機期間が経過するまで内燃機関1では低負荷運転が行われる。したがって、内燃機関1の作動が開始されるときでも、摺動面に傷や摩耗が生じることを抑制することができ、よって内燃機関1の互いに摺動する構成部品同士の潤滑をより適切に行うことができる。なお、内燃機関1の作動が開始されてから待機期間が経過するまでは、内燃機関1では負荷が無い無負荷運転が行われてもよい。無負荷運転中では、内燃機関1には燃料が供給されない状態で内燃機関1が作動され、内燃機関1は例えば電気モータ(又はスタータモータ)によって駆動される。 In contrast, in the present embodiment of the internal combustion engine 1, the internal combustion engine 1 performs low-load operation after the internal combustion engine 1 starts operating until the standby period elapses. Therefore, even when the internal combustion engine 1 starts operating, scratches and wear on the sliding surfaces can be suppressed, and the sliding components of the internal combustion engine 1 can be more appropriately lubricated. be able to. Note that the internal combustion engine 1 may perform a no-load operation in which there is no load until a standby period elapses after the internal combustion engine 1 starts operating. During no-load operation, the internal combustion engine 1 is operated without being supplied with fuel, and the internal combustion engine 1 is driven, for example, by an electric motor (or starter motor).

さらに、本実施形態では、内燃機関1は、燃料として水素が燃焼室7内に供給される水素エンジンである。このため、燃料の燃焼に伴う排気ガス中にはCO2やSOx等の成分が含まれない。そして、本実施形態では、潤滑剤としてオイルを用いていないため、内燃機関1から排出される排気ガス中にもオイル由来のCO2やSOx等も含まれない。このため、本実施形態の内燃機関1によればCO2やSOx等の排出量を低く抑えることができる。なお、本実施形態における内燃機関1の互いに摺動する構成部品同士の潤滑は内燃機関1が化石燃料を燃料として用いる内燃機関でも適切に行うことができるため、内燃機関1は化石燃料を燃料として用いる内燃機関であってもよい。 Furthermore, in this embodiment, the internal combustion engine 1 is a hydrogen engine in which hydrogen is supplied into the combustion chamber 7 as fuel. Therefore, components such as CO 2 and SO x are not included in the exhaust gas accompanying the combustion of the fuel. In this embodiment, since oil is not used as a lubricant, the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1 does not contain oil-derived CO 2 or SO x . Therefore, according to the internal combustion engine 1 of this embodiment, the amount of emissions of CO2 , SOx , etc. can be kept low. Note that the internal combustion engine 1 in this embodiment can appropriately lubricate the mutually sliding component parts even if the internal combustion engine 1 is an internal combustion engine that uses fossil fuel as fuel. It may also be an internal combustion engine.

なお、上記実施形態では、通常運転として、内燃機関1の負荷が第1負荷L1よりも大きい一定の第2負荷L2に設定される。しかしながら、通常運転では、機関負荷が制限されなければ、他の態様で運転が行われてもよい。例えば、内燃機関1によって車両100の駆動が行われる場合には、例えば、通常運転ではドライバのアクセルペダルの踏み込み量に応じた負荷で運転が行われてもよい。 Note that in the above embodiment, as normal operation, the load of the internal combustion engine 1 is set to a constant second load L2 that is larger than the first load L1. However, during normal operation, the engine may be operated in other manners as long as the engine load is not limited. For example, when the vehicle 100 is driven by the internal combustion engine 1, the vehicle 100 may be driven under a load that corresponds to the amount of depression of the accelerator pedal by the driver during normal driving.

また、上記実施形態では、内燃機関1で低負荷運転が行われる待機期間は、一定の基準時間とされている。しかしながら、待機期間は、これら摺動面同士が一定の距離を摺動するのに必要な期間であれば、一定の時間以外の期間であってもよい。したがって、待機期間は、例えば、内燃機関1の作動が開始されてから摺動面同士が一定の距離を摺動するまでの期間であってもよいし、内燃機関1の作動が開始されてからのクランクシャフト24の積算回転数が一定値に到達するまでの期間であってもよい。いずれにせよ、待機期間を、内燃機関1の作動が開始されてからの経過時間、摺動距離又は積算回転数に基づいて設定することで、追加のセンサを設けることなく比較的正確にSiO2等の膜が生成されたことを推定することができる。 Furthermore, in the embodiment described above, the standby period during which the internal combustion engine 1 performs low-load operation is set to be a fixed reference time. However, the waiting period may be any period other than the fixed time period, as long as it is a period necessary for these sliding surfaces to slide a fixed distance. Therefore, the waiting period may be, for example, a period from when the internal combustion engine 1 starts operating until the sliding surfaces slide a certain distance, or after the internal combustion engine 1 starts operating. It may be a period until the cumulative rotational speed of the crankshaft 24 reaches a certain value. In any case, by setting the standby period based on the elapsed time since the internal combustion engine 1 started operating, the sliding distance, or the cumulative rotation speed, SiO 2 can be measured relatively accurately without providing an additional sensor. It can be inferred that a film such as the following was produced.

さらに、上記実施形態では、内燃機関1の互いに摺動する構成部品が、シリンダライナ11及びピストンリング22である。しかしながら、内燃機関1の互いに摺動する構成部品は、吸気弁15及び吸気弁15を開閉する吸気カム、又は排気弁17と排気弁を開閉する排気カムなど、シリンダライナ11及びピストンリング22以外の構成部品であってもよい。この場合にも、例えば、吸気弁15と吸気カムとの摺動面はSiCセラミックスで形成されると共に、これら摺動面には水が供給される。 Furthermore, in the embodiment described above, the components of the internal combustion engine 1 that slide against each other are the cylinder liner 11 and the piston ring 22. However, the components of the internal combustion engine 1 that slide against each other, such as the intake valve 15 and the intake cam that opens and closes the intake valve 15, or the exhaust valve 17 and the exhaust cam that opens and closes the exhaust valve, are other than the cylinder liner 11 and the piston ring 22. It may be a component. Also in this case, for example, the sliding surfaces of the intake valve 15 and the intake cam are formed of SiC ceramics, and water is supplied to these sliding surfaces.

第二実施形態
次に、図6を参照して、第二実施形態に係る内燃機関1について説明する。第二実施形態に係る内燃機関1及び車両100の構成は基本的に第一実施形態に係る内燃機関1及び車両100の構成と同様である。以下では、第一実施形態に係る内燃機関1及び車両100とは異なる部分を中心に説明する。
Second Embodiment Next, an internal combustion engine 1 according to a second embodiment will be described with reference to FIG. The configurations of the internal combustion engine 1 and the vehicle 100 according to the second embodiment are basically the same as the configurations of the internal combustion engine 1 and the vehicle 100 according to the first embodiment. Below, the description will focus on parts that are different from the internal combustion engine 1 and vehicle 100 according to the first embodiment.

上記第一実施形態では、待機期間は、摺動面同士が一定の距離を摺動するのに必要な機関であった。これに対して、本第二実施形態では、待機期間は、ウォータパン6に貯留された水、すなわち摺動面に供給される水に含まれる不純物の濃度に応じて変化する濃度パラメータの値の変化速度が所定の基準値以下になるまでの期間とされる。 In the first embodiment, the waiting period is the period required for the sliding surfaces to slide a certain distance. On the other hand, in the second embodiment, the waiting period is the value of the concentration parameter that changes depending on the concentration of impurities contained in the water stored in the water pan 6, that is, the water supplied to the sliding surface. This is the period until the rate of change becomes equal to or less than a predetermined reference value.

ここで、本実施形態では、シリンダライナ11の内面上及びピストンリング22の外面上、すなわち摺動面上に供給された水は、ウォータパン6内に戻される。そして、ウォータパン6内の水がポンプ32及びウォータジェット33を介して摺動面に供給される。したがって、本実施形態では、摺動面に供給された後の水が繰り返し摺動面に供給される。 Here, in this embodiment, the water supplied onto the inner surface of the cylinder liner 11 and the outer surface of the piston ring 22, that is, onto the sliding surface, is returned into the water pan 6. Water in the water pan 6 is then supplied to the sliding surface via the pump 32 and water jet 33. Therefore, in this embodiment, the water that has been supplied to the sliding surface is repeatedly supplied to the sliding surface.

摺動面にSiO2等の膜が形成されると摺動面は十分に潤滑されるため、摺動面が摩耗することはほとんどない。一方で、摺動面にSiO2等の膜が形成されていないと、摺動面は十分に潤滑されず、よって摺動面が摩耗する。このように摺動面が摩耗すると、ウォータパン6内に貯留されている水に含まれるSiC等の粉末が増加する。すなわち、ウォータパン6に貯留された水に含まれる不純物の濃度が高くなる。したがって、不純物の濃度が変化しているときには摺動面にはSiO2等の膜が形成されていないと考えられ、逆に、不純物の濃度が変化していないときには摺動面にはSiO2等の膜が形成されていると考えられる。そこで、本実施形態では、不純物の濃度の変化速度が所定の基準速度よりも速いときには摺動面にはSiO2等の膜が形成されていないと判定され、不純物の濃度の変化速度が所定の基準速度以下であるときには摺動面にはSiO2等の膜が形成されていると判定される。これにより、摺動面にSiO2等の膜が形成されたことを正確に検出することができる。 When a film of SiO 2 or the like is formed on the sliding surface, the sliding surface is sufficiently lubricated, so that there is almost no wear on the sliding surface. On the other hand, if a film of SiO 2 or the like is not formed on the sliding surface, the sliding surface will not be sufficiently lubricated, resulting in wear. When the sliding surface wears in this way, the amount of powder such as SiC contained in the water stored in the water pan 6 increases. That is, the concentration of impurities contained in the water stored in the water pan 6 increases. Therefore, when the concentration of impurities changes, it is considered that no film such as SiO 2 is formed on the sliding surface, and conversely, when the concentration of impurities does not change, there is no film such as SiO 2 formed on the sliding surface. It is thought that a film of Therefore, in this embodiment, when the rate of change in the concentration of impurities is faster than a predetermined reference rate, it is determined that a film such as SiO 2 is not formed on the sliding surface, and the rate of change in the concentration of impurities is determined to be faster than the predetermined reference rate. When the speed is below the reference speed, it is determined that a film of SiO 2 or the like is formed on the sliding surface. Thereby, it is possible to accurately detect that a film of SiO 2 or the like is formed on the sliding surface.

図6は、内燃機関1の運転制御の制御ルーチンを示す、図5と同様なフローチャートである。図示した制御ルーチンは機関ECU40によって一定の時間間隔毎に実行される。図6におけるステップS21、S23及びS24は、それぞれ図5におけるステップS11、S13及びS14と同様であるため、説明を省略する。 FIG. 6 is a flowchart similar to FIG. 5, showing a control routine for controlling the operation of the internal combustion engine 1. The illustrated control routine is executed by the engine ECU 40 at regular time intervals. Steps S21, S23, and S24 in FIG. 6 are the same as steps S11, S13, and S14 in FIG. 5, respectively, and therefore the description thereof will be omitted.

ステップS21において内燃機関1の作動が開始された後であると判定された場合には、機関ECU40は、濃度センサ41によって検出された電気抵抗の変化速度Rが、所定の基準値Rref以下であるか否かを判定する(ステップS22)。このときの基準値Rrefは、例えば、上述した基準速度に相当する値である。 If it is determined in step S21 that the operation of the internal combustion engine 1 has been started, the engine ECU 40 determines that the rate of change R of the electrical resistance detected by the concentration sensor 41 is less than or equal to a predetermined reference value Rref. It is determined whether or not (step S22). The reference value Rref at this time is, for example, a value corresponding to the reference speed described above.

ステップS22において電気抵抗の変化速度Rが基準値Rrefよりも速いと判定された場合、すなわち不純物の濃度の変化速度が基準速度よりも速いと判定された場合には、内燃機関1では低負荷運転が行われる(ステップS23)。一方、ステップS22において電気抵抗の変化速度Rが基準値Rref以下であると判定された場合には、内燃機関1では通常運転が行われる(ステップS24)。 If it is determined in step S22 that the rate of change in electrical resistance R is faster than the reference value Rref, that is, if it is determined that the rate of change in impurity concentration is faster than the reference rate, the internal combustion engine 1 is operated at low load. is performed (step S23). On the other hand, if it is determined in step S22 that the rate of change in electrical resistance R is equal to or less than the reference value Rref, normal operation is performed in the internal combustion engine 1 (step S24).

なお、本実施形態では、電気抵抗の変化速度Rが基準値Rref以下であるかに基づいて内燃機関1の運転状態が低負荷運転と通常運転とで切り替えられる。しかしながら、ウォータパン6に貯留された水に含まれる不純物の濃度に応じて変化するその他の濃度パラメータの変化速度に基づいて、内燃機関1の運転状態が低負荷運転又は無負荷運転と通常運転とで切り替えられてもよい。 In the present embodiment, the operating state of the internal combustion engine 1 is switched between low-load operation and normal operation based on whether the rate of change R of electrical resistance is equal to or lower than the reference value Rref. However, based on the rate of change of other concentration parameters that change depending on the concentration of impurities contained in the water stored in the water pan 6, the operating state of the internal combustion engine 1 can be changed between low-load operation, no-load operation, and normal operation. It may be switched with .

第三実施形態
次に、図7を参照して、第三実施形態に係る内燃機関1について説明する。第三実施形態に係る内燃機関1及び車両100の構成は基本的に第一実施形態に係る内燃機関1及び車両100の構成と同様である。以下では、第一実施形態に係る内燃機関1及び車両100とは異なる部分を中心に説明する。
Third Embodiment Next, an internal combustion engine 1 according to a third embodiment will be described with reference to FIG. The configurations of the internal combustion engine 1 and the vehicle 100 according to the third embodiment are basically the same as the configurations of the internal combustion engine 1 and the vehicle 100 according to the first embodiment. Below, the description will focus on parts that are different from the internal combustion engine 1 and vehicle 100 according to the first embodiment.

上記第一実施形態では、待機期間は、摺動面同士が一定の距離を摺動するのに必要な機関であった。これに対して、本第三実施形態では、待機期間は、内燃機関1の構成部品同士の摺動抵抗の大きさに応じて変化する抵抗パラメータの値が所定の基準値以下になるまでの期間とされる。 In the first embodiment, the waiting period is the period required for the sliding surfaces to slide a certain distance. In contrast, in the third embodiment, the standby period is the period until the value of the resistance parameter, which changes depending on the magnitude of the sliding resistance between the components of the internal combustion engine 1, becomes equal to or less than a predetermined reference value. It is said that

ここで、ピストンリング22及びシリンダライナ11の摺動面にSiO2等の膜が形成されていないと構成部品同士の摺動抵抗は大きい。一方、構成部品同士の摺動面にSiO2等の膜が形成されていると構成部品同士の摺動抵抗は小さい。そこで、本実施形態では、構成部品同士の摺動抵抗が所定の基準抵抗よりも大きいときには摺動面にはSiO2等の膜が形成されていないと判定され、構成部品同士の摺動抵抗が所定の基準抵抗以下であるときには摺動面にはSiO2等の膜が形成されていると判定される。これにより、摺動面にSiO2等の膜が形成されたことを正確に検出することができる。 Here, unless a film of SiO 2 or the like is formed on the sliding surfaces of the piston ring 22 and the cylinder liner 11, the sliding resistance between the components will be large. On the other hand, if a film of SiO 2 or the like is formed on the sliding surfaces of the component parts, the sliding resistance between the component parts is small. Therefore, in this embodiment, when the sliding resistance between the component parts is larger than a predetermined reference resistance, it is determined that a film such as SiO 2 is not formed on the sliding surface, and the sliding resistance between the component parts is determined to be not formed on the sliding surface. When the resistance is less than a predetermined reference resistance, it is determined that a film of SiO 2 or the like is formed on the sliding surface. Thereby, it is possible to accurately detect that a film of SiO 2 or the like is formed on the sliding surface.

また、本実施形態では、内燃機関1の作動が開始されてから待機期間が経過するまで、内燃機関1の負荷が無い無負荷運転が行われるように内燃機関1が制御される。したがって、待機期間中には、内燃機関1は電気モータによって駆動される。 Furthermore, in the present embodiment, the internal combustion engine 1 is controlled so that the internal combustion engine 1 is operated in a no-load operation without any load from the start of operation of the internal combustion engine 1 until a standby period has elapsed. During the standby period, the internal combustion engine 1 is therefore driven by the electric motor.

図7は、内燃機関1の運転制御の制御ルーチンを示す、図5と同様なフローチャートである。図示した制御ルーチンは機関ECU40によって一定の時間間隔毎に実行される。図7におけるステップS31、S33及びS34は、それぞれ図5におけるステップS11、S13及びS14と同様であるため、説明を省略する。 FIG. 7 is a flowchart similar to FIG. 5, showing a control routine for controlling the operation of the internal combustion engine 1. The illustrated control routine is executed by the engine ECU 40 at regular time intervals. Steps S31, S33, and S34 in FIG. 7 are the same as steps S11, S13, and S14 in FIG. 5, respectively, and therefore the description thereof will be omitted.

ステップS31において内燃機関1の作動が開始された後であると判定された場合には、機関ECU40は、内燃機関1が電気モータによって所定の回転速度になるように駆動されているときに出力センサ42によって検出された電気モータの出力Wが、所定の基準値Wref以下であるか否かを判定する(ステップS32)。ここで、シリンダライナ11の内面とピストンリング22の外面との間の摺動抵抗が大きいほど、内燃機関1を所定の回転速度で運転するための電気モータの出力が大きくなる。すなわち、内燃機関1を所定の回転速度で運転するための電気モータの出力は、構成部品同士の摺動抵抗の大きさに応じて変化する抵抗パラメータであるといえる。したがって、これら摺動面にSiO2等の膜が形成されておらずに摺動面同士の摺動抵抗が大きいと、出力センサ42によって検出される電気モータの出力は大きい。一方、これら摺動面にSiO2等の膜が形成されて摺動面同士の摺動抵抗が小さくなると、出力センサ42によって検出される電気モータの出力は小さくなる。このときの基準値Wrefは、例えば上述した基準抵抗に相当する値である。 If it is determined in step S31 that the operation of the internal combustion engine 1 has been started, the engine ECU 40 detects the output sensor when the internal combustion engine 1 is being driven by the electric motor to a predetermined rotational speed. It is determined whether the output W of the electric motor detected by 42 is less than or equal to a predetermined reference value Wref (step S32). Here, the greater the sliding resistance between the inner surface of the cylinder liner 11 and the outer surface of the piston ring 22, the greater the output of the electric motor for operating the internal combustion engine 1 at a predetermined rotational speed. That is, the output of the electric motor for operating the internal combustion engine 1 at a predetermined rotational speed can be said to be a resistance parameter that changes depending on the magnitude of the sliding resistance between the component parts. Therefore, if a film such as SiO 2 is not formed on these sliding surfaces and the sliding resistance between the sliding surfaces is large, the output of the electric motor detected by the output sensor 42 is large. On the other hand, when a film of SiO 2 or the like is formed on these sliding surfaces and the sliding resistance between the sliding surfaces decreases, the output of the electric motor detected by the output sensor 42 decreases. The reference value Wref at this time is, for example, a value corresponding to the reference resistance described above.

ステップS32において電気モータの出力Wが基準値Wrefよりも大きいと判定された場合には、内燃機関1では無負荷運転が行われ、内燃機関1は電気モータによって駆動される(ステップS33)。一方、ステップS32において電気モータの出力Wが基準値Wref以下であると判定された場合には、内燃機関1では通常運転が行われる(ステップS34)。 If it is determined in step S32 that the output W of the electric motor is larger than the reference value Wref, no-load operation is performed in the internal combustion engine 1, and the internal combustion engine 1 is driven by the electric motor (step S33). On the other hand, if it is determined in step S32 that the output W of the electric motor is equal to or less than the reference value Wref, normal operation is performed in the internal combustion engine 1 (step S34).

なお、本実施形態では、電気モータの出力Wが基準値Wref以下であるかに基づいて内燃機関1の運転状態が無負荷運転と通常運転とで切り替えられる。しかしながら、内燃機関1の構成部品同士の摺動抵抗に応じて変化するその他の抵抗パラメータに基づいて、内燃機関1の運転状態が無負荷運転又は低負荷運転と通常運転とで切り替えられてもよい。 In this embodiment, the operating state of the internal combustion engine 1 is switched between no-load operation and normal operation based on whether the output W of the electric motor is less than or equal to the reference value Wref. However, the operating state of the internal combustion engine 1 may be switched between no-load operation or low-load operation and normal operation based on other resistance parameters that change depending on the sliding resistance between the component parts of the internal combustion engine 1. .

第四実施形態
次に、図8を参照して、第四実施形態に係る内燃機関1について説明する。第四実施形態に係る内燃機関1及び車両100の構成は基本的に第一実施形態から第三実施形態に係る内燃機関1及び車両100の構成と同様である。以下では、第一実施形態から第三実施形態に係る内燃機関1及び車両100とは異なる部分を中心に説明する。
Fourth Embodiment Next, an internal combustion engine 1 according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG. The configurations of the internal combustion engine 1 and the vehicle 100 according to the fourth embodiment are basically the same as the configurations of the internal combustion engine 1 and the vehicle 100 according to the first to third embodiments. Below, the description will focus on parts that are different from the internal combustion engine 1 and vehicle 100 according to the first embodiment to the third embodiment.

図8は、第四実施形態に係る内燃機関1の概略的な断面側面図である。図8に示されるように、本実施形態では、水供給装置は、シリンダライナ11の内面及びピストンリング22の外面に供給される水、すなわち内燃機関1の構成部品同士の摺動面に供給される水に含まれているSiCセラミックスの粉末を除去するフィルタ36を有する。特に、本実施形態では、フィルタ36は、ストレーナ31とポンプ32との間の水の流路に設けられる。 FIG. 8 is a schematic cross-sectional side view of the internal combustion engine 1 according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 8, in this embodiment, the water supply device supplies water to the inner surface of the cylinder liner 11 and the outer surface of the piston ring 22, that is, to the sliding surfaces of the component parts of the internal combustion engine 1. A filter 36 is provided to remove SiC ceramic powder contained in the water. In particular, in this embodiment, the filter 36 is provided in the water flow path between the strainer 31 and the pump 32.

上述したように、SiCセラミックの摺動面同士が摺動すると、特に摺動面における潤滑が不十分である場合には、摺動面同士が削られて、ウォータパン6に貯留されている水中にSiCセラミックスの粉末が混入する。このような粉末のうちサイズの大きい粉末が含まれた水が摺動面に供給されると、摺動面に傷が形成される可能性がある。本実施形態によれば、フィルタ36において、SiCセラミックスの大きい粉末が除去されるため、摺動面に傷が形成されることを抑制することができる。 As mentioned above, when the sliding surfaces of SiC ceramics slide against each other, especially when the lubrication on the sliding surfaces is insufficient, the sliding surfaces are scraped together and the water stored in the water pan 6 is scraped. SiC ceramic powder is mixed in. If water containing large-sized powder among such powders is supplied to the sliding surface, scratches may be formed on the sliding surface. According to this embodiment, since large SiC ceramic powder is removed in the filter 36, it is possible to suppress the formation of scratches on the sliding surface.

なお、本実施形態では、フィルタ36は、ストレーナ31とポンプ32との間の水の流路に設けられるが、摺動面に供給される前に水から除去することができれば、フィルタ36は他の流路に設けられてもよい。 Note that in this embodiment, the filter 36 is provided in the water flow path between the strainer 31 and the pump 32, but if it can be removed from the water before it is supplied to the sliding surface, the filter 36 can be may be provided in the flow path.

第五実施形態
次に、図9~図11を参照して、第五実施形態に係る内燃機関1について説明する。第五実施形態に係る内燃機関1及び車両100の構成は基本的に第一実施形態から第四実施形態に係る内燃機関1及び車両100の構成と同様である。以下では、第一実施形態から第四実施形態に係る内燃機関1及び車両100とは異なる部分を中心に説明する。
Fifth Embodiment Next, an internal combustion engine 1 according to a fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 9 to 11. The configurations of the internal combustion engine 1 and the vehicle 100 according to the fifth embodiment are basically the same as the configurations of the internal combustion engine 1 and the vehicle 100 according to the first to fourth embodiments. Below, the description will focus on the parts that are different from the internal combustion engine 1 and vehicle 100 according to the first to fourth embodiments.

図9は、第五実施形態に係る内燃機関1の概略的な断面側面図である。また、図10は、第五実施形態に係る内燃機関1の制御に関する車両100のハードウェア構成を概略的に示す図である。図9及び図10に示されるように、本実施形態では、内燃機関1は、ウォータパン6内に貯留されている水を攪拌する攪拌装置37と、攪拌装置37を駆動する攪拌用アクチュエータ45と、を有する。 FIG. 9 is a schematic cross-sectional side view of the internal combustion engine 1 according to the fifth embodiment. Further, FIG. 10 is a diagram schematically showing the hardware configuration of the vehicle 100 regarding control of the internal combustion engine 1 according to the fifth embodiment. As shown in FIGS. 9 and 10, in this embodiment, the internal combustion engine 1 includes a stirring device 37 that stirs water stored in the water pan 6, and a stirring actuator 45 that drives the stirring device 37. , has.

攪拌装置37は、ウォータパン6内に配置されると共に、攪拌用アクチュエータ45によって駆動されると、ウォータパン6内に貯留されている水を攪拌する。ウォータパン6内に貯留されている水が攪拌されると、この水内にSiCセラミックスの粉末が均一に分散する。 The stirring device 37 is disposed within the water pan 6 and, when driven by the stirring actuator 45, stirs the water stored within the water pan 6. When the water stored in the water pan 6 is stirred, the SiC ceramic powder is uniformly dispersed in the water.

攪拌用アクチュエータ45は、攪拌装置37に連結されて、攪拌装置37を駆動する。また、図10に示されるように、攪拌用アクチュエータ45は、車内ネットワーク63を介して機関ECU40に接続される。したがって、攪拌装置37は、機関ECU40によって制御される。 The stirring actuator 45 is connected to the stirring device 37 and drives the stirring device 37 . Further, as shown in FIG. 10, the stirring actuator 45 is connected to the engine ECU 40 via an in-vehicle network 63. Therefore, the stirring device 37 is controlled by the engine ECU 40.

ところで、上述したように、SiCセラミックの摺動面同士が摺動すると、ウォータパン6に貯留されている水中にSiCセラミックスの粉末が混入する。このうち細かいSiCセラミックスの粉末を含む水が摺動面に供給されると、このSiCセラミックスの粉末が上述した式(1)や式(2)の反応や、SiO2水和物の形成に寄与し、摺動面上にSiO2等が形成されやすくなる。そこで、本実施形態では、内燃機関1の作動が開始されてから所定の待機期間が経過するまで、攪拌装置37によってウォータパン6に貯留されている水が攪拌される。これにより、内燃機関1の作動が開始されてから摺動面上にSiO2等が早期に形成されやすくなる。 By the way, as described above, when the sliding surfaces of the SiC ceramics slide against each other, the powder of the SiC ceramics gets mixed into the water stored in the water pan 6. When water containing fine SiC ceramic powder is supplied to the sliding surface, this SiC ceramic powder contributes to the reactions of equations (1) and (2) above and the formation of SiO 2 hydrate. However, SiO 2 etc. are likely to be formed on the sliding surface. Therefore, in this embodiment, the water stored in the water pan 6 is stirred by the stirring device 37 until a predetermined standby period elapses after the internal combustion engine 1 starts operating. This facilitates the formation of SiO 2 and the like on the sliding surfaces at an early stage after the internal combustion engine 1 starts operating.

図11は、内燃機関1の運転制御の制御ルーチンを示す、図5と同様なフローチャートである。図示した制御ルーチンは機関ECU40によって一定の時間間隔毎に実行される。図11におけるステップS41~S44は、それぞれ図5におけるステップS11~S14と同様であるため、説明を省略する。 FIG. 11 is a flowchart similar to FIG. 5, showing a control routine for controlling the operation of the internal combustion engine 1. The illustrated control routine is executed by the engine ECU 40 at regular time intervals. Steps S41 to S44 in FIG. 11 are the same as steps S11 to S14 in FIG. 5, respectively, so the explanation will be omitted.

ステップS42において経過時間Tが基準時間Tref未満であると判定された場合には、内燃機関1の負荷は第1負荷L1に設定される(ステップS43)と共に、攪拌装置37が作動される(ステップS45)。このためウォータパン6に貯留された水は攪拌されて、摺動面にSiCセラミックの粉末を含む水が供給される。一方、ステップS12において経過時間Tが基準時間Tref以上であると判定された場合には、内燃機関1の負荷は第2負荷L2に設定される(ステップS44)と共に、攪拌装置37が停止される。このためウォータパン6に貯留された水は攪拌されず、よって摺動面にはSiCセラミックの粉末をそれほど含まない水が供給される。 If it is determined in step S42 that the elapsed time T is less than the reference time Tref, the load on the internal combustion engine 1 is set to the first load L1 (step S43), and the stirring device 37 is activated (step S45). Therefore, the water stored in the water pan 6 is stirred, and water containing SiC ceramic powder is supplied to the sliding surface. On the other hand, if it is determined in step S12 that the elapsed time T is equal to or greater than the reference time Tref, the load on the internal combustion engine 1 is set to the second load L2 (step S44), and the stirring device 37 is stopped. . Therefore, the water stored in the water pan 6 is not stirred, and therefore water that does not contain much SiC ceramic powder is supplied to the sliding surface.

なお、上記第五実施形態では、内燃機関1の作動が開始されてから所定の待機期間が経過した後は攪拌装置が停止される。このため、攪拌用アクチュエータ45の作動に伴う電力消費を抑制することができる。しかしながら、内燃機関1の作動が開始されてから所定の待機期間が経過した後も攪拌装置が作動され続けても良い。 In the fifth embodiment, the stirring device is stopped after a predetermined standby period has elapsed after the internal combustion engine 1 started operating. Therefore, power consumption associated with the operation of the stirring actuator 45 can be suppressed. However, the stirring device may continue to be operated even after a predetermined waiting period has elapsed after the internal combustion engine 1 started operating.

また、本実施形態においても、第四実施形態と同様に、水供給装置にフィルタが設けられてもよい。この場合には、フィルタによって粒径の大きいSiCセラミックの粉末が除去される。したがって、SiCセラミックの大きい粉末が摺動面へ供給されて摺動面が傷つくことを抑制しつつ、摺動面上にSiO2等が早期に形成することができる。 Further, in this embodiment as well, a filter may be provided in the water supply device as in the fourth embodiment. In this case, the SiC ceramic powder having a large particle size is removed by the filter. Therefore, SiO 2 etc. can be formed on the sliding surface at an early stage while suppressing damage to the sliding surface due to large SiC ceramic powder being supplied to the sliding surface.

以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims.

1 内燃機関
2 シリンダブロック
3 シリンダヘッド
4 ピストン
6 ウォータパン
11 シリンダライナ
22 ピストンリング
32 ポンプ
33 ウォータジェット
34 ピストン通路
1 Internal combustion engine 2 Cylinder block 3 Cylinder head 4 Piston 6 Water pan 11 Cylinder liner 22 Piston ring 32 Pump 33 Water jet 34 Piston passage

Claims (12)

作動中に構成部品同士が摺動する内燃機関であって、
前記構成部品同士の摺動面に水を供給する水供給装置と、
当該内燃機関の運転を制御する制御装置と、を有し、
前記構成部品同士の摺動面の少なくとも一方がケイ素系セラミックスで形成され、
前記制御装置は、当該内燃機関の作動が開始されてから所定の待機期間が経過するまで、機関負荷が所定の基準負荷以下に制限される低負荷・無負荷運転が行われるように当該内燃機関の運転を制御し、前記待機期間の経過後には機関負荷が前記基準負荷以下に制限されない通常運転が行われるように当該内燃機関の運転を制御する、内燃機関。
An internal combustion engine whose component parts slide against each other during operation,
a water supply device that supplies water to sliding surfaces between the component parts;
A control device that controls the operation of the internal combustion engine,
At least one of the sliding surfaces of the component parts is formed of silicon-based ceramics,
The control device controls the internal combustion engine so that low-load/no-load operation is performed in which the engine load is limited to a predetermined reference load or less until a predetermined standby period elapses after the internal combustion engine starts operating. and controlling the operation of the internal combustion engine so that normal operation is performed in which the engine load is not limited to below the reference load after the standby period has elapsed.
前記待機期間は、前記構成部品の摺動面同士の積算摺動距離が予め定められた一定の距離に到達するのにかかる期間である、請求項1に記載の内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 1, wherein the waiting period is a period required for the cumulative sliding distance between the sliding surfaces of the component parts to reach a predetermined constant distance. 前記待機期間は、予め定められた一定の時間である、請求項2に記載の内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 2, wherein the waiting period is a predetermined constant time. 前記摺動面に供給される水に含まれる不純物の濃度に応じて変化する濃度パラメータの値を検出する濃度パラメータ検出装置を更に有し、
前記水供給装置は、前記摺動面に供給された後の水を繰り返し前記摺動面に供給し、
前記待機期間は、前記濃度パラメータ検出装置によって検出された濃度パラメータの値の変化速度が、所定の基準値以下になるまでの期間である、請求項1に記載の内燃機関。
further comprising a concentration parameter detection device that detects the value of a concentration parameter that changes depending on the concentration of impurities contained in the water supplied to the sliding surface,
The water supply device repeatedly supplies the water after being supplied to the sliding surface to the sliding surface,
The internal combustion engine according to claim 1, wherein the standby period is a period until a rate of change in the value of the concentration parameter detected by the concentration parameter detection device becomes equal to or less than a predetermined reference value.
前記濃度パラメータは、前記摺動面に供給される水の電気抵抗である、請求項4に記載の内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 4, wherein the concentration parameter is an electrical resistance of water supplied to the sliding surface. 前記構成部品同士の摺動抵抗の大きさに応じて変化する抵抗パラメータの値を検出する抵抗パラメータ検出装置を更に有し、
前記待機期間は、前記抵抗パラメータ検出装置によって検出された抵抗パラメータの値が、前記摺動抵抗の大きさが所定の基準値以下であることを表す値になるまでの期間である、請求項1に記載の内燃機関。
further comprising a resistance parameter detection device that detects a value of a resistance parameter that changes depending on the magnitude of sliding resistance between the component parts,
The waiting period is a period until the value of the resistance parameter detected by the resistance parameter detection device reaches a value indicating that the magnitude of the sliding resistance is equal to or less than a predetermined reference value. The internal combustion engine described in .
当該内燃機関はモータによって駆動されることができるように形成され、
前記抵抗パラメータは、当該内燃機関が前記モータによって所定の回転速度になるように駆動されているときの前記モータの出力である、請求項6に記載の内燃機関。
the internal combustion engine is configured to be driven by a motor;
The internal combustion engine according to claim 6, wherein the resistance parameter is an output of the motor when the internal combustion engine is driven by the motor to a predetermined rotational speed.
前記水供給装置は、前記摺動面に供給される水に含まれている前記ケイ素系セラミックスの粉末を除去するフィルタを有する、請求項1~7のいずれか1項に記載の内燃機関。 The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, wherein the water supply device includes a filter that removes the silicon ceramic powder contained in the water supplied to the sliding surface. 前記摺動面に供給された後の水が貯留される貯留部と、該貯留部に貯留された水を攪拌する攪拌装置と、を更に有し、
前記水供給装置は、前記貯留部に貯留されている水を前記摺動面に供給し、
前記制御装置は、当該内燃機関の作動が開始されてから前記待機期間が経過するまで、前記攪拌装置によって前記貯留部に貯留された水を攪拌させる、請求項1~7のいずれか1項に記載の内燃機関。
It further includes a storage section in which water is stored after being supplied to the sliding surface, and a stirring device that stirs the water stored in the storage section,
The water supply device supplies water stored in the storage section to the sliding surface,
The control device according to any one of claims 1 to 7 causes the stirring device to stir the water stored in the storage portion until the standby period has elapsed after the internal combustion engine starts operating. Internal combustion engine as described.
互いに摺動する前記構成部品として、シリンダと、該シリンダ内で往復運動するピストンの外周に設けられたピストンリングとを有する、請求項1~7のいずれか1項に記載の内燃機関。 The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, comprising a cylinder and a piston ring provided on the outer periphery of a piston that reciprocates within the cylinder as the component parts that slide against each other. 前記水供給装置は、水を前記ピストンに向かって噴射するウォータジェットと、前記ピストン内に設けられたピストン通路とを有し、
前記ピストン通路は、該ウォータジェットから噴射された水が前記ピストン通路に流入すると共に前記ピストン通路内の水が前記ピストンリングに供給されるように形成される、請求項10に記載の内燃機関。
The water supply device includes a water jet that injects water toward the piston, and a piston passage provided in the piston,
The internal combustion engine according to claim 10, wherein the piston passage is formed such that water injected from the water jet flows into the piston passage and water in the piston passage is supplied to the piston ring.
当該内燃機関は、燃料として水素を用いる内燃機関である、請求項1~7のいずれか1項に記載の内燃機関。 The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, wherein the internal combustion engine is an internal combustion engine that uses hydrogen as fuel.
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