JP6217620B2 - 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,
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、これらの摺動部は、エンジンの回転速度に応じて、様々な相対速度で動作する。
By the way, when the low friction layer of
このため、摺動部を構成する摺動部材は、その相対速度が所定の速度を越える場合は、両部材間に生じる動圧の発生により、一方の部材が他方の部材に対して浮揚状態になり得る。一方、例えばエンジン始動時において、相対速度が前記所定の速度を下回る場合には、両部材間に十分な動圧が発生しないために、両部材が浮揚状態になり得ず接触してしまう。この結果、両部材が、接触して摺れ合うために、低摩擦層が摩耗してしまい、浮揚効果が得られなくなるおそれあり、摺動部の信頼性が低下する。 For this reason, when the relative speed of the sliding member constituting the sliding part exceeds a predetermined speed, one member is brought into a floating state with respect to the other member due to the generation of dynamic pressure generated between the two members. Can be. On the other hand, when the relative speed is lower than the predetermined speed when the engine is started, for example, sufficient dynamic pressure is not generated between the two members, so that both the members cannot be brought into a floating state and come into contact with each other. As a result, the two members come into contact with each other and rub against each other, so that the low friction layer may be worn out and the levitation effect may not be obtained, and the reliability of the sliding portion is lowered.
この発明は、浮揚による摩擦低減方法を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、エンジンが停止状態から所定の回転速度に達するまでのエンジン始動時において、摺動部を構成する両部材の少なくとも一方の摺動面に形成された低摩擦層が、摺れ合いによって損耗することを抑制できる、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-described problem in the case of using a friction reducing method by levitation, and constitutes a sliding portion when starting the engine until the engine reaches a predetermined rotational speed from a stopped state. An object of the present invention is to provide an engine capable of suppressing wear of a low friction layer formed on at least one sliding surface of both members due to sliding.
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、前記エンジンの始動動作時に、エンジン負荷を低減させるエンジン負荷低減手段を備えており、前記エンジンの回転数が、前記一方の部材が前記他方の部材に対して浮揚状態となる第1エンジン回転数に到達したとき、前記エンジン負荷低減手段によるエンジン負荷の低減が終了することを特徴とする。
First, the invention according to
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、前記エンジンの始動動作時に、前記摺動面に空気を供給する空気供給手段を、さらに備えている、ことを特徴とする。
The invention according to
また、請求項3に記載の発明は、前記請求項2に記載のエンジンにおいて、前記空気供給手段は、前記エンジンのアイドルストップによる停止時に、前記空気の供給を継続する、ことを特徴とする。
The invention according to
また、請求項4に記載の発明は、前記請求項2又は3に記載のエンジンにおいて、前記エンジンの回転数が、前記第1エンジン回転数よりも高い第2エンジン回転数に到達したとき、前記空気供給手段は、空気の供給を終了する、ことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the engine according to the second or third aspect , when the rotational speed of the engine reaches a second engine rotational speed higher than the first engine rotational speed, The air supply means ends the supply of air.
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、エンジンの始動動作時に、エンジン負荷が低減されるので、エンジンの回転上昇を早めることができる。これに伴い、エンジンの始動動作時の、両部材間の相対速度が所定の速度を下回る時間が短縮される。よって、両部材が接触して摺れ合う時間が短縮される。したがって、低摩擦層の摩耗を抑制して、摺動部の信頼性の低下を抑制できる。また、不必要にエンジン負荷を低減させることが防止されるので、エンジンを適正に運転させることができる。 According to the first aspect of the present invention, the engine load is reduced during the engine starting operation, so that the engine speed can be increased. Along with this, the time during which the relative speed between the two members falls below a predetermined speed during the engine start operation is shortened. Therefore, the time for which both members come into contact with each other is shortened. Therefore, wear of the low friction layer can be suppressed, and a decrease in reliability of the sliding portion can be suppressed. Moreover, since it is possible to prevent the engine load from being unnecessarily reduced, the engine can be properly operated.
また、請求項2に記載の発明によれば、摺動部に空気を供給することによって空気軸受を構成して、エンジンの始動動作時における両部材間の相対速度が所定の速度を下回る場合でも、両部材が接触することを防止できる。よって、両部材間の摺れ合いが防止され、これにより、低摩擦層の摩耗を防止して、摺動部の信頼性の低下をさらに抑制できる。
Further, according to the invention described in
また、請求項3に記載の発明によれば、エンジンのアイドルストップによる停止時において、摺動部を浮揚状態に維持できる。よって、エンジンのアイドルストップによる停止状態からの始動時に、エンジンを迅速に再始動させて、エンジンを所定の回転速度に短時間で上昇させることができる。これにより、動圧による浮揚状態に早期に移行させることができる。 In addition, according to the third aspect of the present invention, the sliding portion can be maintained in a floating state when the engine is stopped due to idle stop . Therefore, when the engine is started from the stop state due to idle stop , the engine can be restarted quickly and the engine can be raised to a predetermined rotational speed in a short time. Thereby, it can transfer to the floating state by dynamic pressure at an early stage.
また、請求項4に記載の発明によれば、エンジン負荷低減の終了に伴って、エンジン負荷が増大することによってエンジンの回転が低下した場合でも、第2エンジン回転数に到達するまで空気供給手段から供給される空気によって、摺動部を浮揚状態に維持できる。
According to the fourth aspect of the present invention, the air supply means is used until the second engine speed is reached even when the engine speed decreases due to the increase in the engine load accompanying the end of the engine load reduction. The sliding portion can be maintained in a floating state by the air supplied from.
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、エンジンが停止状態から所定の回転速度に達するまでのエンジン始動時において、摺動部を構成する両部材の少なくとも一方の摺動面に形成された低摩擦層が、摺れ合いによって損耗することを抑制できる。 That is, according to the engine of the present invention, when the friction reducing method by levitation is used for the engine, both members constituting the sliding portion at the time of starting the engine until the engine reaches a predetermined rotational speed from the stopped state. The low friction layer formed on at least one of the sliding surfaces can be prevented from being worn by sliding.
[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
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
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
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においてはピストンリング外周面32a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
また、エンジン1は、空気ポンプ5を備え、空気ポンプ5から、各摺動部41〜44の各摺動面に空気が供給されるようになっている。シリンダブロック2は、主軸受内周面3aに形成された環状の主軸受内周溝3bと、主軸受内周溝3bと空気ポンプ5からの空気供給管5aとを連通する第1空気通路13と、を備えている。
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 rod 20 includes an annular large end inner
上記構成によって、空気ポンプ5から吐出された空気は、空気供給管5a及び第1空気通路13を介して、まず主軸受内周溝3bに供給され、次いで主軸受内周溝3bから第1摺動部41の各摺動面11a,3aに供給される。図3は図1のIII−III線に沿った第1摺動部41の断面図であり、主軸受内周溝3bは環状に形成されているので、第2空気通路23の開口部23aは、クランクシャフト10の回転によらず、主軸受内周溝3bと常時対向することになり、空気が、第1空気通路13から第2空気通路23へ常時、効率的に供給される。
With the above configuration, the air discharged from the
図1に示すように、このとき、第1摺動部41の各摺動面11a,3aに供給された空気の一部は、第2空気通路23へ供給されず、主軸受内周面3aとクランクジャーナル外周面11aとの間の間隙(第1気層41a)を通して摺動面の外部へ噴出される。
As shown in FIG. 1, 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23bは、クランクシャフト10の回転によらず、大端部内周溝21bに常時対向するので、第2空気通路23から大端部内周溝21bを介して、第3空気通路33へ空気が常時、効率的に供給される。
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に噴出された空気は、シリンダ内面4aに沿って、ピストンリング外周面32aに供給される。
The air supplied to the third air passage 33 is supplied to the sliding
すなわち、少なくとも、空気供給管5aと、第1空気通路13と、主軸受内周溝3bと、第1気層41aと、第2空気通路23と、第2気層42aと、大端部内周溝21bと、第3空気通路33と、第3気層43aとによって、空気ポンプ5から各摺動面へ至る空気供給経路110が構成されている。空気供給経路110は各気筒に対応して設けられており、例えば、図4に示すようにエンジン1が4気筒エンジンである場合には、第1〜第4気筒に対応して、空気ポンプ5から各気筒の各摺動部41〜44にそれぞれ至る第1〜第4空気供給経路111〜114が設けられている。そして、空気供給経路110と空気ポンプ5とによって本発明の空気供給手段100が構成されている。
That is, at least the
すなわち、空気供給手段100を作動させることによって、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Uが所定の速度U0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。
That is, by operating the air supply means 100, the first to
しかも、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。
In addition, air can be ejected from the sliding
これによって、摺動面への異物の侵入が阻止され、摺動面への異物の付着が抑制される。したがって、摺動面の面性状が低摩擦処理が施された状態に維持されるので、摺動面における摩擦抵抗の増大が抑制され、よって、一方の部材を他方の部材に対して浮揚させる浮揚効果を持続させることができる。 This prevents foreign matter from entering the sliding surface and suppresses foreign matter from adhering to the sliding surface. Therefore, since the surface property of the sliding surface is maintained in a state in which the low friction treatment is performed, an increase in the frictional resistance on the sliding surface is suppressed, and thus the levitation that causes one member to float with respect to the other member. The effect can be sustained.
次に、上記主運動系を備えたエンジン1とその装備品とで構成されるエンジンシステム60について説明する。図5は、エンジンシステム60の概略構成を示すブロック図である。エンジンシステム60は、エンジン1と、変速機61と、スタータ62と、空気ポンプ5と、空調装置(図示しない)用のエアコンコンプレッサ63と、エンジン1に冷却水を循環させるための水ポンプ64と、オルターネータ65と、点火プラグ66と、燃料噴射弁67と、排気シャットバルブ68と、を備えている。
Next, an
変速機61は、エンジン1の駆動力を所定の減速比で変速して駆動輪へ出力する変速機本体611と、変速機本体611とエンジン1とを動力伝達可能に接続するトルクコンバータ612と、を備えている。トルクコンバータ612は、ロックアップクラッチ612aを備えており、ロックアップクラッチ612aを接続させることにより、エンジン1及び変速機本体611間の動力伝達を直結状態にすることができる。
The
スタータ62は、クランクシャフト10を回転駆動するためのモータであり、例えば通電されると、クランクシャフト10の変速機61側の軸端部に設けたフライホィール外周部のリングギヤ(図示しない)に係合して、クランクシャフト10を回転駆動させる。スタータ62として、駆動ベルト及びプーリを介して、クランクシャフト10を回転駆動させてもよいし、常時リングギヤに噛み合うタイプのスタータを採用してもよい。
The
エアコンコンプレッサ63、水ポンプ64、及びオルターネータ65は、それぞれ補機ベルト69及び各駆動プーリ631,641,651を介して、クランクシャフト10のクランクプーリ101に動力伝達可能に連結されている。さらに、エアコンコンプレッサ63、水ポンプ64、及びオルターネータ65は、各駆動プーリ631,641,651との動力伝達を分離することができるクラッチ機構632,642,652をそれぞれ備えるようにしてもよい。
The
エアコンコンプレッサ63及び水ポンプ64は、それぞれ吐出容量を調整可能な可変容量タイプである。すなわち、エアコンコンプレッサ63及び水ポンプ64は、それぞれ駆動要求が無い場合には、吐出容量を小さく又は0にしてエンジン負荷を低減させることができ、駆動要求が有る場合には、吐出容量を大きくしてエンジン負荷を増大させることができる。
Each of the
オルターネータ65は、バッテリ(図示しない)の充電状況及びエンジン1の運転状況に応じて、発電負荷を自在に調整できるようになっている。すなわち、発電負荷を小さくすることによって、発電量を抑制させてエンジン負荷を低減させることができ、発電負荷を大きくすることによって、発電量を増大させてエンジン負荷を増大させることができる。
The
また、このほか、エンジン1に装備される補機として、オイルポンプや負圧ポンプを備える場合には、これらのポンプを、エアコンコンプレッサ63,水ポンプ64と同様に、吐出容量を調整可能な可変タイプを採用するとともに、補機ベルトからの動力伝達を分離するクラッチ機構を備えるようにすればよい。これにより、エンジン負荷を自在に増大させ、又は低減させることができる。
In addition, when an oil pump or a negative pressure pump is provided as an auxiliary machine installed in the
点火プラグ66は、エンジン1の点火を行うものである。燃料噴射弁67は、エンジン1へ燃料を供給するものである。すなわち、点火プラグ66及び燃料噴射弁67を制御することで、エンジン1の燃焼が制御されるようになっている。
The
排気シャットバルブ68は、エンジン1から排気ガスを排出する排気管6に設けられており、排気管6内の排気流路を開閉できるバルブである。排気シャットバルブ68を閉弁させることで、排気管6内の背圧を上昇させてエンジン回転を低減させることができる。
The exhaust shut-off
すなわち、エンジンシステム60は、上記各装備品を適宜制御することによって、エンジン1の負荷を増大させ又は低減させることができるようになっている。例えば、エンジン負荷を増大させる場合、変速機61のロックアップクラッチ612aを接続してエンジン1と変速機本体611とを直結状態とさせ、エアコンコンプレッサ63及び水ポンプ64の吐出量を増大させ、オルターネータ65の発電負荷を増大させ、及び排気シャットバルブ68を閉弁させることの、少なくとも1つを行えばよい。
That is, the
逆に、エンジン負荷を低減させる場合には、変速機61のロックアップクラッチ612aを分離させ、エアコンコンプレッサ63及び水ポンプ64の吐出量を0又は低減させ、オルターネータ65の発電負荷を0又は低減させ、及び排気シャットバルブ68を開弁させることの、少なくとも1つを行えばよい。また、エアコンコンプレッサ63、水ポンプ64及びオルターネータ65がクラッチ機構632,642,652を備えている場合には、クラッチ機構632,642,652分離させることによって、エアコンコンプレッサ63,水ポンプ64及びオルターネータ65の回転抵抗分、さらにエンジン負荷を低減させることができる。
Conversely, when reducing the engine load, the lockup clutch 612a of the
したがって、変速機61のロックアップクラッチ612aと、エアコンコンプレッサ63と、水ポンプ64と、オルターネータ65と、排気シャットバルブ68と、によって、エンジン負荷増大手段及びエンジン負荷低減手段としての、エンジン負荷設定手段600が構成される。
Therefore, the engine load setting means as the engine load increasing means and the engine load reducing means is constituted by the lockup clutch 612a of the
また、エンジンシステム60は、エンジンシステム60を操作するための操作部50と、センサ70と、制御装置90と、を備えている。制御装置90は、センサ70で検出された、操作部50への操作入力及びエンジンシステム60の運転状態に基づいて、エンジンシステム60の各種動作を制御している。
The
センサ70には、例えばエンジン回転センサ71、トルクセンサ72、筒内圧力センサ73、燃圧センサ74、車速センサ77、IGセンサ78、アクセル開度センサ79、ブレーキセンサ80、及びレンジセンサ81が含まれる。図6を併せて参照して、エンジンシステム60の制御システムについて説明する。
Examples of the sensor 70 include an
エンジン1には、エンジン回転センサ71と、トルクセンサ72と、筒内圧力センサ73と、燃圧センサ74と、が設けられている。変速機61には、車速センサ77が設けられている。
The
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1の実トルクを検出する。筒内圧力センサ73はシリンダ4(図1参照)内の燃焼圧力を検出する。燃圧センサ74は、燃料噴射弁67に供給される燃料の圧力を検出する。車速センサ77は、車両の車速を検出する。
The
また、操作部50には、イグニッションスイッチ51のON/OFFを検知するIGセンサ78と、アクセルペダル装置52のペダル開度を検出するアクセル開度センサ79と、ブレーキペダル装置53のON/OFFを検出するブレーキセンサ80と、変速機61を操作するためのシフトレバー54のシフト位置を検出するレンジセンサ81と、が設けられている。
Further, the
制御装置90は、エンジン回転センサ71からの信号を受けて、エンジン1の回転速度とクランクシャフト10の回転角度とを算出し、さらにクランクシャフト10の回転角度に基づいて各気筒の燃焼行程を判定する。
The
また、制御装置90は、IGセンサ78からの信号を受けて、エンジン停止要求及びエンジン始動要求を判定する。具体的には、イグニッションスイッチ51がON位置からOFF位置へ切換操作された場合、エンジン停止要求を判定し、イグニッションスイッチ51がOFF位置からON位置へ切換操作された場合、エンジン始動要求を判定する。また、エンジンシステム60がアイドルストップ機構を備えている場合、制御装置90は、アイドルストップさせるためのエンジン停止要求と、アイドルストップした状態から再始動させるためのエンジン始動要求と、を判定している。
具体的には、制御装置90は、例えば、車速センサ77、アクセル開度センサ79、ブレーキセンサ80、及びレンジセンサ81からの信号を受けて、車速が0であり、シフトレバー54がD(ドライブ)レンジに位置しており、アクセルペダル装置52のペダル開度が0であり、ブレーキペダル装置53がON操作されている場合、アイドルストップに入るためのエンジン停止要求を判定する。
Specifically, the
また、例えば、制御装置90は、エンジン1がアイドルストップしている状態において、ブレーキセンサ80及びレンジセンサ81からの信号を受けて、シフトレバー54がDレンジに位置しており、ブレーキペダル装置53がON状態からOFF操作された場合、アイドルストップから再始動させるためのエンジン始動要求を判定する。
Further, for example, the
また、制御装置90は、停止状態にあるエンジン1がエンジン始動要求を判定した場合、点火プラグ66、燃料噴射弁67、及びスタータ62によって、エンジン始動動作を開始させる。加えて、制御装置90は、エンジン始動動作において、エンジン負荷を低減させるようにエンジン負荷設定手段600を制御するとともに、各摺動部41〜44に空気が供給されるように空気ポンプ5を制御する。
In addition, when the
また、制御装置90は、第1速度V1を、トルクセンサ72、筒内圧力センサ73、燃圧センサ74からの入力信号に基づいて、各摺動部41〜44にかかる荷重を算出して、該荷重に抗して浮揚効果を生させるように、第1速度V1を補正する。すなわち、各摺動部41〜44にかかる荷重が高くなるにつれて、第1速度V1を増大させるように補正し、各摺動部41〜44にかかる荷重が低くなるにつれて、第1速度V1を低減させるように補正する。
Further, the
また、制御装置90は、前記補正された第1速度V1に基づいて、第1速度V1よりも高い第2速度V2を設定する。本実施形態では、第1速度V1を200〜300rpmとした場合に、第2速度V2は、第1速度V1よりも200rpm以上高い400〜500rpmに設定されている。
Further, the
また、制御装置90は、エンジン回転センサ71からの信号に基づいてエンジン1の回転速度が第1速度V1に達したことを検出した場合、エンジン負荷設定手段600によるエンジン負荷の低減を取り消す。さらに、制御装置90は、エンジン回転センサ71からの信号に基づいて、エンジン1の回転数が第2速度V2に達したことを検出した場合、空気ポンプ5による空気の供給を停止させる。
Further, when detecting that the rotational speed of the
次に、エンジン1を始動させるときに、制御装置90によって制御されるエンジンシステム60の作動について、図7のフローチャート及び図8のタイムチャートを参照して説明する。
Next, the operation of the
図7に示すように、ステップS101において、制御装置90は、各種センサ70からの信号を読み込む。
As shown in FIG. 7, in step S <b> 101, the
ステップS102において、制御装置90は、エンジン回転センサ71からの信号に基づいて、エンジン1が停止中か否かを判定する。
In step S <b> 102, the
エンジン1が停止中であると判定された場合、ステップS103において、制御装置90は、エンジン始動要求を判定する。具体的には、IGセンサ78からの信号に基づいて、又は車速センサ77、アクセル開度センサ79、ブレーキセンサ80、及びレンジセンサ81からの信号に基づいてアイドルストップ状態からの再始動させるためのエンジン始動要求を判定する。
When it is determined that the
エンジン始動要求が判定された場合、ステップS104において、制御装置90は、点火プラグ66、燃料噴射弁67、及びスタータ62を制御して、エンジン1を始動動作に移行させる。
When the engine start request is determined, in step S104, the
エンジン1が始動動作に移行されたとき、ステップS105において、制御装置90は、エンジン負荷を低減させるように、エンジン負荷設定手段600を作動させる。これによって、エンジン1の回転上昇を早めることができる。
When the
さらに、ステップS106において、制御装置90は、空気ポンプ5を作動させて、各摺動部41〜44に空気を供給させる。これによって、各摺動部41〜44において、空気軸受が構成される。
Further, in step S <b> 106, the
ステップS107において、制御装置90は、エンジン回転センサ71からの信号に基づいて、エンジン1の回転速度が第1速度V1に達したか否かを判定する。
In step S107, the
エンジン1の回転速度が第1速度V1に達したと判定された場合、ステップS108において、制御装置90は、エンジン負荷設定手段600の作動を停止させて、エンジン負荷の低減を取り消す。
When it is determined that the rotational speed of the
ステップS109において、制御装置90は、エンジン回転センサ71からの信号に基づいて、エンジン1の回転速度が第2速度V2に達したか否かを判定する。
In step S109, the
エンジン1の回転速度が第2速度V2に達したと判定された場合、ステップS110において、制御装置90は、空気ポンプ5の作動を停止させる。
When it is determined that the rotational speed of the
したがって、図7に示すように、制御装置90は、時間t1において、エンジン始動要求を判定すると、エンジン1をエンジン始動動作に移行させながら、エンジン負荷設定手段600及び空気ポンプ5を作動させて、エンジン負荷を低減するとともに各摺動部41〜44を浮揚状態に維持させる。時間t2において、エンジン1の回転数が第1速度V1に達したとき、エンジン負荷設定手段600によるエンジン負荷の低減が取り消される。そして、時間t3において、エンジン1の回転数が第2速度V2に達したとき、空気ポンプ5の作動を停止させる。
Therefore, as shown in FIG. 7, when the
上述した実施形態によれば、エンジン1の始動動作時に、エンジン負荷が低減されるので、エンジン1の回転上昇を早めることができる。これに伴い、エンジン1の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を下回る時間が短縮される。よって、各摺動部41〜44において、両部材が接触して摺れ合う時間が短縮される。さらに、空気ポンプ5から供給される空気によって各摺動部41〜44における浮揚状態を、エンジン始動動作時を通して維持させやすい。
According to the above-described embodiment, the engine load is reduced during the start operation of the
したがって、各摺動部41〜44を構成する、両部材の少なくとも一方の摺動面に形成された低摩擦層40が、摺れ合いによって損耗(摩耗、損傷)することが抑制され、各摺動部41〜44の信頼性の低下を抑制できる。
Therefore, the
また、エンジン1の回転数が第1速度V1に達した場合に、エンジン負荷設定手段600によるエンジン負荷の低減が取り消されるので、不必要にエンジン負荷を低減させることが防止され、エンジンの各補機等を適正に運転させることができる。
Further, when the rotational speed of the
また、エンジン負荷低減の終了に伴って、エンジン負荷が増大することによってエンジン1の回転数が低下した場合でも、第2速度V2に達するまで空気ポンプ5から供給される空気によって、各摺動部41〜44を浮揚状態に維持できる。すなわち、各摺動部41〜44における浮揚状態を、エンジン始動動作時を通してより確実に維持させやすい。
Further, even when the engine load increases and the rotation speed of the
[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実施形態では、第1実施形態に対して制御装置のみ異なり、他は同一である。以下相違点について説明する。第2実施形態の制御装置200は、第1実施形態の制御装置90に対して、エンジン停止動作時において、エンジン負荷を増大させる機能をさらに備えている。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, only the control device is different from the first embodiment, and the others are the same. Differences will be described below. The control device 200 of the second embodiment further has a function of increasing the engine load during the engine stop operation with respect to the
具体的には、制御装置200は、運転状態にあるエンジン1のエンジン停止要求を判定した場合、点火プラグ66及び燃料噴射弁67によって、エンジン1の停止動作を開始させる。加えて、制御装置200は、エンジン1の停止動作において、エンジン負荷を増大させるように、エンジン負荷設定手段600を制御する。
Specifically, when the control device 200 determines an engine stop request of the
また、制御装置200は、エンジン停止動作において、各摺動部41〜44に空気が供給されるように空気ポンプ5を制御する機能を、さらに備えている。
The control device 200 further has a function of controlling the
次に、エンジン1を停止させた後にエンジン1を再始動させるときに、制御装置200によって制御されるエンジンシステム60の作動について、図9のフローチャート及び図10のタイムチャートを参照して説明する。なお、説明を簡略化するために、第1実施形態で説明した、エンジン始動動作における第1速度V1及び第2速度V2を用いたエンジン負荷設定手段600によるエンジン負荷を低減させる制御、及び空気ポンプによる空気の供給を停止させる制御については、省略する。
Next, the operation of the
図9に示すように、第1実施形態のステップS101〜S106と同様に、ステップS
201〜S206において、停止状態にあるエンジン1のエンジン始動要求が判定された場合、制御装置200は、エンジン1を始動動作に移行させるとともに、エンジン負荷設定手段600を作動させてエンジン負荷を低減させるとともに、空気ポンプ5を作動させる。これにより、エンジン1の回転上昇を早めるとともに、エンジン1の回転数NEが第1速度V1を下回る場合でも、空気軸受によって各摺動部41〜44における浮揚状態が維持されている。
As shown in FIG. 9, step S101 is similar to steps S101 to S106 of the first embodiment.
When the engine start request of the
次に、ステップS207において、制御装置200は、エンジン回転センサ71からの信号に基づいて、エンジン1が始動したか否かを判定する。
Next, in step S207, the control device 200 determines whether or not the
エンジン1が始動したと判定された場合、ステップS208において、制御装置200は、エンジン負荷設定手段600の作動を停止させて、エンジン負荷の低減を取り消す。
If it is determined that the
さらに、ステップS209において、制御装置200は、空気の供給量が徐々に低減されるように空気ポンプ5の作動を制御して停止させる。すなわち、図10に示すように、制御装置200は、エンジン1が始動した時間t2から、徐々に空気の供給量を低減させて時間t3において停止させるように、空気ポンプ5を制御する。これにより、急激に空気ポンプ5を停止させた場合の、各摺動部41〜44への影響を抑制して、空気軸受から相対速度による動圧により生じた浮揚状態へスムーズに移行させることができる。
Furthermore, in step S209, the control device 200 controls and stops the operation of the
図9に示すように、ステップS210において、制御装置200は、エンジン停止要求を判定する。具体的には、IGセンサ78からの信号に基づいて、又は車速センサ77、アクセル開度センサ79、ブレーキセンサ80、及びレンジセンサ81からの信号に基づいてアイドルストップさせるためのエンジン停止要求を判定する。
As shown in FIG. 9, in step S210, the control device 200 determines an engine stop request. Specifically, an engine stop request for idling stop is determined based on signals from the
エンジン停止要求が判定された場合、ステップS211において、制御装置200は、点火プラグ66及び燃料噴射弁67を制御して、エンジン1をエンジン停止動作に移行させる。
When the engine stop request is determined, in step S211, the control device 200 controls the
エンジン1がエンジン停止動作に移行されたとき、ステップS212において、制御装置200は、エンジン負荷を増大させるように、エンジン負荷設定手段600を作動させる。これによって、エンジン1が停止に要する時間が短縮される。
When the
さらに、ステップS213において、制御装置200は、空気ポンプ5を作動させて、各摺動部41〜44に空気を供給させる。これによって、各摺動部41〜44において、空気軸受が構成される。
Further, in step S213, the control device 200 operates the
ステップS214において、制御装置200は、エンジン回転センサ71からの信号に基づいて、エンジン1が停止したか否かを判定する。
In step S214, the control device 200 determines whether or not the
エンジン1が停止したと判定された場合、ステップS215において、制御装置200は、エンジン負荷設定手段600の作動を停止させて、エンジン負荷の増大を取り消す。
When it is determined that the
さらに、ステップS216において、制御装置200は、空気ポンプ5の作動を停止させる。
Furthermore, in step S216, the control device 200 stops the operation of the
したがって、図10に示すように、制御装置300は、時間t4において、エンジン停止要求を判定すると、エンジン負荷設定手段600及び空気ポンプ5を作動させ、時間t5において、エンジン1の停止が検知されると、エンジン負荷設定手段600及び空気ポンプ5の作動を停止させる。
Therefore, as shown in FIG. 10, when the control device 300 determines the engine stop request at time t4, the control device 300 operates the engine load setting means 600 and the
第2実施形態によれば、第1実施形態におけるエンジン停止時の作用効果に加えて加えて、次の効果を奏する。すなわち、エンジン1の停止動作時に、エンジン負荷が増大されるので、エンジン1の停止に要する時間が短縮される。これに伴い、エンジン1の停止動作時において、エンジン1の回転数NEが、第1速度V1を下回る時間が短縮される。よって、各摺動部41〜44において、両部材が接触して摺れ合う時間が短縮される。さらに、空気ポンプ5から供給される空気によって各摺動部41〜44における浮揚状態を、エンジン始動動作時を通して維持させやすい。
According to 2nd Embodiment, in addition to the effect at the time of the engine stop in 1st Embodiment, there exist the following effects. That is, since the engine load is increased during the stop operation of the
したがって、各摺動部41〜44を構成する、両部材の少なくとも一方の摺動面に形成された低摩擦層40が、摺れ合いによって損耗(摩耗、損傷)することが抑制され、各摺動部41〜44の信頼性の低下を抑制できる。
Therefore, the
また、第2実施形態において、エンジン1がアイドルストップにより、自動停止されている場合、空気ポンプ5を作動させて各摺動部41〜44に空気を供給して空気軸受を構成してもよい。これにより、エンジンの自動停止動作時において、各摺動部41〜44を浮揚状態に維持できる。よって、エンジンの自動停止状態からの始動時に、エンジンを迅速に再始動させて、エンジンを所定の回転速度に短時間で上昇させることができる。これにより、動圧による浮揚状態に早期に移行させることができる。
Moreover, in 2nd Embodiment, when the
また、上記の各実施形態では、エンジン負荷設定手段600によるエンジン負荷の調整に加えて、空気ポンプ5による空気の供給を行っているが、どちらか一方のみ実施してもよい。すなわち、エンジン負荷設定手段600を作動させた場合には、エンジン1の始動動作及び停止動作に要する時間を短縮させることができ、空気ポンプ5を作動させた場合には、各摺動部41〜44における浮揚状態を、第1速度V1を下回るエンジン1の運転領域においても実現できる。
Further, in each of the above embodiments, in addition to the adjustment of the engine load by the engine load setting means 600, the air is supplied by the
また、上記の実施形態では、エンジン1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1の動弁系や、変速機61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。
Further, in the above embodiment, the case where the friction reducing process is performed on the sliding portion of the main motion system of the
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、エンジンが停止状態から所定の回転速度に達するまでのエンジン始動時において、摺動部を構成する両部材の少なくとも一方の摺動面に形成された低摩擦層が、摺れ合いによって損耗することを抑制できるので、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 the friction reducing method by levitation is used for an engine, both of the sliding parts are configured at the time of engine start until the engine reaches a predetermined rotational speed from a stopped state. Since the low friction layer formed on at least one sliding surface of the member can be prevented from being worn by sliding, it may be suitably used in this type of manufacturing technical 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
41 第1摺動部
42 第2摺動部
43 第3摺動部
44 第4摺動部
50 操作部
60 エンジンシステム
61 変速機
62 スタータ
63 エアコンコンプレッサ
64 水ポンプ
65 オルターネータ
66 点火プラグ
67 燃料噴射弁
68 排気シャットバルブ
69 補機ベルト
70 センサ
71 エンジン回転センサ
72 トルクセンサ
73 筒内圧力センサ
74 燃圧センサ
77 車速センサ
78 IGセンサ
79 アクセル開度センサ
80 ブレーキセンサ
81 レンジセンサ
90 制御装置
100 空気供給手段
200 制御装置
600 エンジン負荷設定手段
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記エンジンの始動動作時に、エンジン負荷を低減させるエンジン負荷低減手段を備えており、
前記エンジンの回転数が、前記一方の部材が前記他方の部材に対して浮揚状態となる第1エンジン回転数に到達したとき、前記エンジン負荷低減手段によるエンジン負荷の低減が終了する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,
An engine load reducing means for reducing the engine load at the time of starting the engine ;
When the engine speed reaches the first engine speed at which the one member floats with respect to the other member, the reduction of the engine load by the engine load reducing means is terminated. To engine.
請求項1に記載のエンジン。 An air supply means for supplying air to the sliding surface during the engine starting operation;
The engine according to claim 1.
請求項2に記載のエンジン。 The air supply means continues the supply of air when the engine is stopped by an idle stop .
The engine according to claim 2.
請求項2又は3に記載のエンジン。 When the engine speed reaches a second engine speed that is higher than the first engine speed, the air supply means ends the supply of air.
The engine according to claim 2 or 3 .
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