JP6090303B2 - engine - Google Patents
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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。 The present invention relates to an engine in which friction is reduced by levitation of one member with respect to the other member in a sliding portion.
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。 Conventionally, it has been desired to further improve the fuel efficiency performance and output performance of the engine. For this purpose, for example, it is effective to reduce the frictional resistance of each sliding portion in the engine. As a method for reducing the frictional resistance of the sliding portion, Patent Document 1 discloses that the sliding portion includes a sliding member and a sliding member provided with a predetermined low friction layer on a sliding surface of the sliding member. When the relative speed between the two members is equal to or higher than a predetermined speed, the sliding member is brought into a non-contact state with respect to the sliding member and is brought into a floating state. A method for reducing resistance is disclosed.
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。 In this case, the surface of the coating layer coated with CVD diamond or DLC is partially mirror-polished so that the height of the minute island portions to be mirror-polished becomes the same height. It is formed by doing. When the relative speed between the two members reaches a predetermined speed, the sliding member is in a floating state with respect to the sliding member.
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。 By the way, when the low friction layer of Patent Document 1 is applied to each sliding portion in the engine, various problems arise. That is, as the engine sliding portion, for example, the cylinder inner surface and piston ring, the main shaft portion of the crankshaft and the bearing portion of the cylinder block, the small end portion of the connecting rod and the piston pin, and the large end portion of the connecting rod and the pin portion of the crankshaft. is there. However, foreign matter such as blow-by gas and unburned gas blown out from the combustion chamber to the cylinder and crank chamber side may remain in the engine, and adhesion of the foreign matter to the sliding surface becomes a problem. .
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。 For example, when the low friction layer is provided on sliding members such as a crankshaft, a piston ring, and a piston pin disposed in a cylinder or a crank chamber, the foreign matter may adhere to the low friction layer. As a result, the surface property of the low friction layer changes and the sliding resistance of the low friction layer increases, so that the levitation effect may be reduced or lost.
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、摺動面に付着した異物を除去して、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。 The present invention has been made to solve the above problems when a friction reducing method by levitation is used for a sliding portion, and removes foreign matter adhering to the sliding surface, so that one member is replaced with the other member. An object of the present invention is to provide an engine capable of sustaining the levitation effect of levitation.
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。 In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
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、前記摩擦低減処理は、潤滑油を要することなく浮揚させるための処理であって、前記低摩擦層は、頂面の面粗度Raが0.1μm以下である複数の凸部であって、それぞれ同じ高さに形成された複数の凸部と、前記凸部の周囲に位置しており深さが3〜10μmである複数の凹部と、を有する、所定のコーティング層により構成され、前記摺動面に付着した異物を除去する付着物除去手段を備えたことを特徴とする。 First, the invention according to claim 1 of the present application includes a first member and a second member that moves relative to the first member, and at least one member of the first member and the second member. of the sliding surface, the relative speed of the two members has a low friction layer friction reduction process is applied to levitate the one of the members when the above predetermined relative to the other member, an engine, said friction The reduction process is a process for levitation without requiring lubricating oil, and the low friction layer is a plurality of convex portions having a top surface roughness Ra of 0.1 μm or less, each having the same high A plurality of protrusions formed on the protrusion, and a plurality of recesses located around the protrusions and having a depth of 3 to 10 μm. Featuring a deposit removing means for removing the adhered foreign matter To do.
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、前記第1部材は、ピストンに設けられたピストンリングであって、前記第2部材は、シリンダであって、前記付着物除去手段は、前記低摩擦層の周囲に設けられた断熱層であり、前記シリンダの内面において、前記ピストンが上死点に位置する状態の、前記ピストンリングから燃焼室側に前記断熱層が形成されており、該ピストンリングから反燃焼室側に前記低摩擦層が形成されている、ことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the engine according to the first aspect, the first member is a piston ring provided on a piston, and the second member is a cylinder, deposit removal means, said heat-insulating layer der provided around the low-friction layer is, the inner surface of the cylinder, in a state where the piston is located at the top dead center, the heat insulating combustion chamber side from the piston ring layer is formed, that has the low friction layer in the anti-combustion chamber side from the piston ring is formed, characterized in that.
また、請求項3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、ピストンに設けられたピストンリングであって、前記第2部材は、シリンダであって、前記付着物除去手段は、前記シリンダの内面において、断熱層としても作用する低摩擦層である、ことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the engine according to the first aspect, the first member is a piston ring provided on a piston, and the second member is a cylinder, The deposit removing means is a low friction layer that also acts as a heat insulating layer on the inner surface of the cylinder .
また、請求項4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、前記付着物除去手段は、前記摺動面から前記摺動面の外部へ空気を噴出させる、空気供給手段であり、前記空気供給手段は、空気ポンプと、前記空気ポンプと前記エンジンの複数の摺動面とを連通して、複数の前記摺動面に前記空気ポンプからの空気を供給するための、空気供給経路と、を有している、ことを特徴とする。
The invention according to
また、請求項5に記載の発明は、前記請求項4に記載のエンジンにおいて、複数の前記摺動面は、クランクジャーナル外周面と主軸受内周面との間に構成される第1摺動部と、クランクピン外周面とコンロッド大端部内周面との間に構成される第2摺動部と、コンロッド小端部内周面とピストンピン外周面との間に構成される第3摺動部と、ピストンリングとシリンダの内面との間に構成される第4摺動部と、に設けられ、前記空気供給経路は、前記空気ポンプと前記主軸受内周面とを連通する、第1空気通路と、クランクシャフトに形成されており、前記クランクジャーナル外周面と前記クランクピン外周面とを連通する、第2空気通路と、コンロッドに形成されており、前記コンロッド大端部内周面と前記コンロッド小端部内周面とを連通する、第3空気通路と、を有しており、前記空気ポンプから吐出された空気が、前記第1空気通路、前記第2空気通路、及び前記第3空気通路を経由して、ピストンから前記シリンダの内面に噴出されるようになっている、ことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the engine according to the fourth aspect , the plurality of sliding surfaces are first slides configured between a crank journal outer peripheral surface and a main bearing inner peripheral surface. , A second sliding portion configured between the outer peripheral surface of the crank pin and the inner peripheral surface of the connecting rod large end portion, and a third sliding configured between the inner peripheral surface of the connecting rod small end portion and the outer peripheral surface of the piston pin And a fourth sliding portion configured between the piston ring and the inner surface of the cylinder, and the air supply path communicates the air pump and the inner peripheral surface of the main bearing, A second air passage formed in the air passage, the crankshaft, and communicating with the outer peripheral surface of the crank journal and the outer peripheral surface of the crank pin; and formed in the connecting rod; Connected to the inner peripheral surface of the small end of the connecting rod A third air passage, and the air discharged from the air pump passes from the piston through the first air passage, the second air passage, and the third air passage. It is characterized by being ejected on the inner surface of the cylinder .
また、請求項6に記載の発明は、前記請求項4又は5に記載のエンジンにおいて、目標トルクと実トルクとの差分を積算した差分積算値に基づいて、前記摺動面に、所定量を超える異物が付着したことが検知又は推定されたとき、前記付着物除去手段が作動する、ことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the engine according to the fourth or fifth aspect, a predetermined amount is applied to the sliding surface based on a difference integrated value obtained by integrating the difference between the target torque and the actual torque. When the extraneous foreign matter is detected or estimated, the extraneous matter removing means is activated.
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。 According to the invention of each claim of the present application, the following effects can be obtained by the above configuration.
まず、請求項1に記載の発明によれば、第1部材及び第2部材間の相対速度が所定の速度以上となる場合に、凹部内に動圧が生じて、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。これによって、第1部材及び第2部材間の摩擦抵抗が大幅に低減され、潤滑油による潤滑が不要に構成されている。付着物除去手段によって摺動面に付着した異物が除去されるので、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。 First, according to the first aspect of the present invention, when the relative speed between the first member and the second member is equal to or higher than a predetermined speed, dynamic pressure is generated in the recess, and one member is generated by the dynamic pressure. The levitation effect that levitates with respect to the other member is obtained. As a result, the frictional resistance between the first member and the second member is greatly reduced, and lubrication with lubricating oil is unnecessary. Since the foreign matter adhering to the sliding surface is removed by the deposit removing means, the surface property of the sliding surface can be maintained and an increase in frictional resistance can be suppressed. Therefore, the levitation effect of levitation of one member relative to the other member can be maintained.
また、請求項2に記載の発明によれば、断熱層を設けることによって、燃焼室から燃焼室の外部への冷却損失が低減され、この結果、燃焼室の温度を高めることができ、これによって、燃焼室の壁面に付着した異物が燃焼される。したがって、燃焼室に臨む、ピストンリング又はシリンダ内面に付着した異物が除去される。よって、ピストンリングとシリンダとの間の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。
Further, according to the invention described in
また、請求項3に記載の発明によれば、請求項2に記載の発明と同様に、燃焼室の壁面に付着した異物が燃焼される。したがって、燃焼室に臨む、ピストンリング又はシリンダ内面に付着した異物が除去されるので、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。
Further, according to the invention described in
また、請求項4に記載の発明によれば、空気供給手段によって、エンジンの複数の摺動部において、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、摺動面に付着した異物が除去される。 According to the fourth aspect of the present invention, air is ejected from the sliding surface to the outside of the sliding surface at the plurality of sliding portions of the engine by the air supply means. Intrusion is prevented. Therefore, the foreign material adhering to the sliding surface is removed.
また、請求項5に記載の発明によれば、クランクジャーナル外周面と主軸内周面との間に形成される第1摺動部、クランクピン外周面とコンロッド大端部内周面との間に構成される第2摺動部、コンロッド小端部内周面とピストンピンとの間に構成される第3摺動部、及びピストンリングとシリンダの内面との間に構成される第4摺動部において、摺動面から摺動面の外部へ空気が噴出されるので、各摺動面への異物の侵入が阻止される。よって、摺動面への異物の堆積を抑制できる。
According to the invention described in
また、請求項6に記載の発明によれば、摺動面に所定量を超える異物が付着したことが検出又は推定された場合に、異物除去手段を作動させることによって、摺動面に付着した異物をより効率的に除去できる。また、燃焼室への異物の付着量を、目標トルクと実トルクとの差分に基づいて精度よく検知することができる。よって、摺動面への異物の堆積をより効率的に抑制できる。
According to the invention described in claim 6, when it is detected or estimated that a foreign matter exceeding a predetermined amount has adhered to the sliding surface, the foreign matter removing means is actuated so as to adhere to the sliding surface. Foreign matter can be removed more efficiently. In addition, the amount of foreign matter adhering to the combustion chamber can be accurately detected based on the difference between the target torque and the actual torque. Therefore, the accumulation of foreign matter on the sliding surface can be more efficiently suppressed.
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、摺動面に付着した異物を除去して、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。 In other words, according to the engine of the present invention, when the friction reducing method by levitation is used for the engine, the levitation effect of removing the foreign matter adhering to the sliding surface and levitation of one member with respect to the other member. Can be sustained.
[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。
[First Embodiment]
Hereinafter, an engine according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of the main motion system of the engine 1. The engine 1 is a multi-cylinder engine (only one cylinder is shown in FIG. 1) and is mounted on a vehicle (not shown). .
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。
In the engine 1, a
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。
That is, in the main motion system of the engine 1, a first sliding
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。
Specifically, the first sliding
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。
The second sliding
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。
The third sliding
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、各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。
The fourth sliding
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。
A
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。
The
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401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402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403が形成され、第4摺動部44においてはシリンダ内面4aに低摩擦層404形成されている。
As shown in FIG. 1, in the present embodiment shows a
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。
That is, in the first sliding
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。
Similarly, in the second to fourth sliding
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。
As a result, the frictional resistance in the first to fourth sliding
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。
In the present embodiment, the predetermined speed U0 is realized when the rotational speed NE of the engine 1 is equal to or higher than the first speed V1. For example, in the present embodiment, the first speed V1 of the engine 1 is 200 rpm, which is lower than the idle speed (for example, 600 rpm). That is, since the first speed V1 is lower than the normal rotation range of the engine, after the engine 1 is started, a levitation effect is always obtained in each of the sliding
また、エンジン1の燃焼室を構成する各部材の表面には、断熱層45が形成されている。具体的には、燃焼室の底面を構成するピストン30の頂面30bと、燃焼室の頂面を構成するシリンダヘッド8の下面8a、並びに吸排気弁9のバルブヘッド面9aと、シリンダ内面4aと、に断熱層45が形成されている。シリンダ内面4aにおいては、低摩擦層404と断熱層45との2層構造とされており、ピストン30に臨むより表面側に低摩擦層404が形成され、その径方向外側(基部側)に断熱層45が形成されている。
A
断熱層45としては、種々の断熱層が知られており、例えば、ジルコニア、シリカ又はアルミナ等の無機酸化物粒子を含むことが好ましく、さらに、上記無機酸化物粒子からなる中空状粒子を用いることができる。具体的に、中空状粒子としては、アルミナバブル、フライアッシュバルーン、シラスバルーン、シリカバルーン、エアロゲルバルーン等のセラミック系中空粒子、その他の無機系中空粒子を用いることができる。なお、各々の材質及び粒径は表1の通りである。
Various heat-insulating layers are known as the heat-insulating
例えば、フライアッシュの化学組成は、SiO2;40.1〜74.4%、Al2O3;15.7〜35.2%、Fe2O3;1.4〜17.5%、MgO;0.2〜7.4%
、CaO;0.3〜10.1%(以上は質量%)である。シラスバルーンの化学組成は、
SiO2;75〜77%、Al2O3;12〜14%、Fe2O3;1〜2%、Na2O
;3〜4%、K2O;2〜4%、IgLoss;2〜5%(以上は質量%)である。
For example, the chemical composition of the fly ash, SiO 2; 40.1~74.4%, Al 2
, CaO; 0.3 to 10.1% (the above is mass%). The chemical composition of Shirasu Balloon is
SiO 2; 75~77%, Al 2
3-4%, K 2 O; 2-4%, IgLoss; 2-5% (the above is mass%).
燃焼室の壁面に断熱層45を設けることによって、燃焼室から燃焼室の外部への冷却損失が低減され、この結果、燃焼室の温度が高まり、燃焼室の壁面に付着した異物が燃焼される。したがって、燃焼室に臨む、ピストンリング32又はシリンダ内面4aに付着した異物が除去される。よって、ピストンリング外周面32a及びシリンダ内面4aの面性状を低摩擦処理が施された状態に維持して、第4摺動部44における摩擦抵抗の増大を抑制できる。
By providing the
したがって、本発明の付着物除去手段は、断熱層45で構成され、付着物除去手段によって摺動面に付着した異物が除去されるので、摺動面の面性状を低摩擦処理が施された状態に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。
Accordingly, the deposit removing means of the present invention is composed of the
ここで、本実施形態の変形例について図3及び図4を参照しながら説明する。なお、図3及び図4は、図1の燃焼室を拡大して示している。 Here, a modification of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4 show the combustion chamber of FIG. 1 in an enlarged manner.
本実施形態の変形例として、図3に示すように、シリンダ内面4aにおいて、上死点に位置するピストンリング32から燃焼室側に断熱層45を形成し、反燃焼室側に低摩擦層404を形成してもよい。
As a modification of the present embodiment, as shown in FIG. 3, a
また、本実施形態の他の変形例として、図4に示すように、シリンダ内面4aにおいて、断熱層45としても作用する低摩擦層404を形成してもよい。この低摩擦層404は、例えば、アルミナ、酸化ジルコニアをシリンダ内面4aに溶射して、該溶射皮膜を上述したように研磨することで得られる。
Further, as another modification of the present embodiment, as shown in FIG. 4, the cylinder
[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、付着物除去手段として燃焼室温度上昇手段210を備えている。図5を参照して、燃焼室温度上昇手段210について説明する。図5は、エンジン200の概略構成を示す、図1と同様の断面図である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The
図5に示すように、エンジン200は、第1実施形態に係るエンジン1と同様に、主運動系の各摺動面に低摩擦層40が形成されている。また、エンジン200は、燃焼室温度上昇手段210を備えている。燃焼室温度上昇手段210は、シリンダヘッド8に設けられたサーマルリアクタであって、通電されると発熱して、シリンダヘッド8を介して、燃焼室の温度を上昇させる。燃焼室温度上昇手段210は、所定期間毎に作動するように図示しない制御装置によって制御される。
As shown in FIG. 5, the
すなわち、本実施形態によれば、所定期間毎に作動する燃焼室温度上昇手段210によって、燃焼室の温度が高まり、この結果、燃焼室の壁面に付着した異物が所定期間毎に燃焼されて除去される。したがって、燃焼室に臨む、ピストンリング32又はシリンダ内面4aに付着した異物が除去されるので、摺動面の面性状を低摩擦処理が施された状態に維持して摩擦抵抗の増大を抑制できる。
That is, according to this embodiment, the temperature of the combustion chamber is increased by the combustion chamber temperature raising means 210 that operates every predetermined period. As a result, the foreign matter adhering to the wall surface of the combustion chamber is burned and removed every predetermined period. Is done. Accordingly, foreign matter adhering to the
なお、燃焼室温度上昇手段210として、シリンダヘッド8を介して燃焼室の温度を上昇させる以外にも、燃焼室内にヒータを臨むように、例えばグロープラグを配置してもよい。
In addition to raising the temperature of the combustion chamber via the
[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、付着物抑制手段として空気供給手段320を備えている。図6を参照して、空気供給手段320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。図6に示すように、エンジン300は、第1実施形態と同様に、各摺動部に低摩擦層40が形成されている。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The
エンジン300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。
The
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。
The
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。
The connecting
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7は図6のVII−VII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、効率よく供給される。
With the above configuration, the air discharged from the
図6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。
As shown in FIG. 6, at this time, a part of the air supplied to the sliding
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23a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、効率よく供給される。
The air supplied to the
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。
At this time, a part of the air supplied to the sliding
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に放出された空気は、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。
The air supplied to the
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310が構成されている。空気供給経路310は各気筒に対応して設けられており、例えば、図8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311〜314が設けられている。そして、空気供給経路310と空気ポンプ5とによって本発明の空気供給手段320が構成されている。
That is, at least the
すなわち、空気供給手段320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から外部又はシリンダ内面4aへ空気を噴出させることができる。
That is, by operating the air supply means 320, air can be ejected from the sliding
これによって、所定期間毎に空気供給手段320を作動させることによって、摺動面に付着した異物が除去されるので、摺動面への異物の堆積が抑制される。したがって、摺動面における摩擦抵抗の増大が抑制されるので、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。 Thus, by operating the air supply means 320 every predetermined period, foreign matter adhering to the sliding surface is removed, so that accumulation of foreign matter on the sliding surface is suppressed. Therefore, since the increase in the frictional resistance on the sliding surface is suppressed, the levitation effect of levitation of one member relative to the other member can be maintained.
しかも、空気供給手段320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、各摺動部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。
In addition, when the air supply means 320 is operated, the air bearings can be configured by forming the first to third air layers 41a to 43a in the sliding
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態に係るエンジン400について説明する。エンジン400は、第2実施形態で説明したエンジン200、第3実施形態で説明したエンジン300のいずれでもよい。しかしながら、付着物除去手段としての、燃焼室温度上昇手段210又は空気供給手段320を、所定量を超える異物の堆積を検知又は推定した場合に作動させる制御装置410を備えている点で、前記各実施形態とは異なっている。
[Fourth Embodiment]
Next, an
図9は、エンジン400の制御システムの概略構成を示している。図9に示すように、エンジン400の制御システムは、制御装置410が、各種センサ70からの入力信号を受けて、付着物除去手段としての、燃焼室温度上昇手段210(又は空気供給手段320)を制御するようになっている。
FIG. 9 shows a schematic configuration of a control system of
各種センサ70としては、例えばエンジン回転センサ71と、トルクセンサ72と、吸気圧力センサ75と、エアフロセンサ76とがある。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。トルクセンサ72は、エンジン400の実トルクを検出する。吸気圧力センサ75は、吸気マニホールド(図示しない)内の吸気圧力を検出する。エアフロセンサ76は、吸気管(図示しない)内の吸入空気量を検出する。
Examples of the various sensors 70 include an
制御装置410は、エンジン回転センサ71からの信号を受けて、エンジン400の回転速度を判定する。
また、制御装置410は、エンジン回転速度と、吸気圧力センサ75及び/又はエアフロセンサ76からの信号とに基づいて、筒内へ吸入される空気量を算出し、この空気量と、これに所定の空燃比で決定される燃料噴射量と、によって実現される目標トルクを算出する。
Further, the
また、制御装置410は、トルクセンサ72からの信号を受けて、実トルクと目標トルクとの差分Zを算出して、これを積算した差分積算値Z1を算出する。
Further, the
また、制御装置410は、差分積算値Z1が所定の閾値Z0を超えるか否かを判定し、所定の閾値Z0を超えたと判定した場合、付着物除去手段としての燃焼室温度上昇手段210(又は空気供給手段320)を、所定時間の間、作動させるように制御する。なお、差分積算値Z1と燃焼室における異物の堆積量とは相関関係があるので、摺動面における摺動抵抗の増大に至らないための異物の堆積量に基づいて、所定量の差分積算値Z1としての閾値Z0が設定される。
Further, the
次に、付着物除去手段を作動させるときのエンジンシステム400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。
Next, the operation of the
図10に示すように、ステップS401において、制御装置410は、各種センサ70からの信号を読み込む。
As shown in FIG. 10, in step S <b> 401, the
ステップS402において、制御装置410は、エンジン回転センサ71と、吸気圧力センサ75及び/又はエアフロセンサ76とからの信号に基づいて、目標トルクを算出する。
In step S <b> 402,
ステップS403において、制御装置410は、トルクセンサ72で計測された実トルクと、ステップS402で算出された目標トルクと、の差分Zを算出して、この差分Zに基づいて、燃焼室で燃焼されなかった未燃ガス等の異物の生成量を算出し、該差分Zを積算して差分積算値Z1を算出する。
In step S403, the
ステップS404において、制御装置410は、差分積算値Z1が、所定の閾値Z0を超過したか否かを判定する。
In step S404,
差分積算値Z1が所定の閾値Z0を超過したと判定した場合、ステップS405において制御装置410は、付着物除去手段としての燃焼室温度上昇手段210(空気供給手段320)を作動させる。
When it is determined that the difference integrated value Z1 has exceeded the predetermined threshold value Z0, in step S405, the
ステップS406において、制御装置410は、所定時間が経過したか否かを判定する。
In step S406,
所定時間が経過したと判定した場合、ステップS407において、制御装置410は、付着物除去手段としての燃焼室温度上昇手段210(空気供給手段320)を停止させる。
When it is determined that the predetermined time has elapsed, in step S407, the
すなわち、図11に示すように、時間t0から運転が開始され、その間の目標トルクと実トルクとの差から異物の付着量Zが積算され、この差分積算値Z1が、時間t2において閾値Z0を超えたときに、付着物除去手段としての燃焼室温度上昇手段210が、時間t3まで所定時間作動される。これによって、燃焼室に付着された異物が燃焼されて除去される。そして、再度、差分積算値Z1が0にリセットされ、以降のエンジンの運転状況に応じて再度積算されるようになっている。 That is, as shown in FIG. 11, the operation is started at time t0, the foreign matter adhesion amount Z is integrated from the difference between the target torque and the actual torque during that time, and this difference integrated value Z1 becomes the threshold value Z0 at time t2. When exceeded, the combustion chamber temperature raising means 210 as the deposit removing means is operated for a predetermined time until time t3. Thereby, the foreign matter adhering to the combustion chamber is burned and removed. Then, the difference integrated value Z1 is reset to 0 again, and the difference is integrated again according to the engine operating condition thereafter.
したがって、本実施形態によれば、目標トルクと実トルクとの差分Zから、燃焼されなかった燃料を算出して、この差分を積算して差分積算値を算出することで、これとの相関関係から異物の付着量を検出する。そして、積算値Z1が所定の閾値Z0を超える場合に、摺動面に所定量を超える異物が付着したことが検知され、このとき異物除去手段を作動させて、摺動面に付着した異物をより効果的に除去できる。よって、摺動面への異物の堆積をより効率的に抑制できる。 Therefore, according to the present embodiment, the fuel that has not been burned is calculated from the difference Z between the target torque and the actual torque, and this difference is integrated to calculate the difference integrated value, thereby correlating with this. The amount of foreign matter attached is detected. Then, when the integrated value Z1 exceeds a predetermined threshold value Z0, it is detected that a foreign matter exceeding a predetermined amount has adhered to the sliding surface. At this time, the foreign matter removing means is operated to remove the foreign matter attached to the sliding surface. It can be removed more effectively. Therefore, the accumulation of foreign matter on the sliding surface can be more efficiently suppressed.
また、燃焼室への異物の付着量を、目標トルクと実トルクとの差分に基づいて精度よく検知することができる。 In addition, the amount of foreign matter adhering to the combustion chamber can be accurately detected based on the difference between the target torque and the actual torque.
また、制御装置410は、エンジン回転数の推移、燃料噴射量の推移から、異物の付着量を推定するようにしてもよい。
Further, the
また、上記の実施形態では、エンジンの主運動系の摺動部に摩擦低減処理を施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。 In the above embodiment, the case where the friction reducing process is applied to the sliding portion of the main motion system of the engine has been described as an example. However, the present invention is applied to various sliding portions such as a valve train of the engine and a transmission. can do. In each of the above embodiments, the case where no lubrication is used has been described as an example, but lubrication may be used in combination.
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。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims.
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、摺動面に付着した異物を除去して、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。 As described above, according to the present invention, when a friction reducing method by levitation is used for an engine, levitation is performed by removing foreign matter adhering to the sliding surface and levitation of one member relative to the other member. Since the effect can be sustained, it may be suitably used in this type of manufacturing technology field.
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 低摩擦層
41 第1摺動部
42 第2摺動部
43 第3摺動部
44 第4摺動部
45 断熱層
70 センサ
71 エンジン回転センサ
72 トルクセンサ
75 吸気圧力センサ
76 エアフロセンサ
200 エンジン
210 燃焼室温度上昇手段
300 エンジン
320 空気供給手段
400 エンジン
410 制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記摩擦低減処理は、潤滑油を要することなく浮揚させるための処理であって、
前記低摩擦層は、頂面の面粗度Raが0.1μm以下である複数の凸部であって、それぞれ同じ高さに形成された複数の凸部と、前記凸部の周囲に位置しており深さが3〜10μmである複数の凹部と、を有する、所定のコーティング層により構成され、
前記摺動面に付着した異物を除去する付着物除去手段を備えたことを特徴とするエンジン。 A first member and a second member that moves relative to the first member, and a relative speed of both members is predetermined on a sliding surface of at least one of the first member and the second member. An engine having a low friction layer that has been subjected to a friction reduction process that floats one of the members relative to the other member at the time described above,
The friction reduction process is a process for levitating without requiring lubricating oil,
The low friction layer is a plurality of protrusions having a top surface roughness Ra of 0.1 μm or less, and each of the plurality of protrusions formed at the same height is positioned around the protrusions. And a plurality of recesses having a depth of 3 to 10 μm, and a predetermined coating layer,
An engine comprising an adhering matter removing means for removing foreign matter adhering to the sliding surface.
前記シリンダの内面において、前記ピストンが上死点に位置する状態の、前記ピストンリングから燃焼室側に前記断熱層が形成されており、該ピストンリングから反燃焼室側に前記低摩擦層が形成されている、
請求項1に記載のエンジン。 Wherein the first member is a piston ring provided on the piston, the second member is a cylinder, the deposit removal means, Ri insulation layer der provided around the low-friction layer ,
The heat insulation layer is formed on the combustion chamber side from the piston ring in a state where the piston is located at the top dead center on the inner surface of the cylinder, and the low friction layer is formed on the anti-combustion chamber side from the piston ring. that is,
The engine according to claim 1.
請求項1に記載のエンジン。 The first member is a piston ring provided on a piston, the second member is a cylinder, and the deposit removing means acts as a heat insulating layer on the inner surface of the cylinder. Is,
The engine according to claim 1 .
前記空気供給手段は、
空気ポンプと、
前記空気ポンプと前記エンジンの複数の摺動面とを連通して、複数の前記摺動面に前記空気ポンプからの空気を供給するための、空気供給経路と、
を有している、
請求項1に記載のエンジン。 The deposit removal means jetting air to the outside of the sliding surface from the sliding surface, Ri air supply means der,
The air supply means includes
An air pump,
An air supply path for communicating the air pump and a plurality of sliding surfaces of the engine to supply air from the air pump to the plurality of sliding surfaces;
The that has,
The engine according to claim 1 .
クランクジャーナル外周面と主軸受内周面との間に構成される第1摺動部と、
クランクピン外周面とコンロッド大端部内周面との間に構成される第2摺動部と、
コンロッド小端部内周面とピストンピン外周面との間に構成される第3摺動部と、
ピストンリングとシリンダの内面との間に構成される第4摺動部と、
に設けられ、
前記空気供給経路は、
前記空気ポンプと前記主軸受内周面とを連通する、第1空通路と、
クランクシャフトに形成されており、前記クランクジャーナル外周面と前記クランクピン外周面とを連通する、第2空気通路と、
コンロッドに形成されており、前記コンロッド大端部内周面と前記コンロッド小端部内周面とを連通する、第3空気通路と、
を有しており、
前記空気ポンプから吐出された空気が、前記第1空気通路、前記第2空気通路、及び前記第3空気通路を経由して、ピストンから前記シリンダの内面に噴出されるようになっている、
請求項4に記載のエンジン。 The plurality of sliding surfaces are
A first sliding portion configured between the outer peripheral surface of the crank journal and the inner peripheral surface of the main bearing;
A second sliding portion configured between the outer peripheral surface of the crankpin and the inner peripheral surface of the connecting rod large end portion;
A third sliding portion configured between the inner peripheral surface of the small end of the connecting rod and the outer peripheral surface of the piston pin;
A fourth sliding portion configured between the piston ring and the inner surface of the cylinder;
Provided in
The air supply path is
A first air passage communicating the air pump and the inner peripheral surface of the main bearing;
A second air passage formed in the crankshaft, which communicates the outer peripheral surface of the crank journal and the outer peripheral surface of the crank pin;
A third air passage that is formed in the connecting rod and communicates with the connecting rod large end inner peripheral surface and the connecting rod small end inner peripheral surface;
Have
The air discharged from the air pump is jetted from the piston to the inner surface of the cylinder via the first air passage, the second air passage, and the third air passage.
The engine according to claim 4 .
請求項4又は5に記載のエンジン。 Based on a difference integrated value obtained by integrating the difference between the target torque and the actual torque, when it is detected or estimated that a foreign substance exceeding a predetermined amount has adhered to the sliding surface, the attached matter removing means operates.
The engine according to claim 4 or 5 .
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