(57)【要約】【課題】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する。【解決手段】クランクシャフト１０と、クランクシャフト１０に対して相対運動するコンロッド２０と、を備え、クランクシャフト１０及びコンロッド２０の少なくとも一方の部材の摺動面に、両部材１０，２０の相対速度Ｕが所定の相対速度Ｕ０以上のときいずれか一方の部材を他方の部材に対して浮揚させる摩擦低減処理が施された低摩擦層４０を有する、エンジン１であって、エンジン１の始動動作時に、エンジン負荷を低減させるエンジン負荷設定手段６００を備えたことを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記エンジンの停止動作時に、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たことを特徴とするエンジン。
【請求項２】
前記エンジンの停止動作時に、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、
請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記空気供給手段は、前記エンジンの自動停止動作中に、前記空気の供給を継続する、
請求項２に記載のエンジン。
【請求項４】
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、
請求項２又は３に記載のエンジン。
【請求項５】
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、
請求項４に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４４９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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、前記エンジンの停止動作時に、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たことを特徴とする。
【００１０】
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、前記エンジンの停止動作時に、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。
【００１１】
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、前記エンジンの自動停止動作中に、前記空気の供給を継続する、ことを特徴とする。
【００１２】
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。
【００１３】
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、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。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明によれば、エンジンの自動停止動作時において、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。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明によれば、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。
【００１９】
また、請求項５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。
【００２０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンジンの、主運動系の概略構成を示す断面図である。
【図２】摩擦低減処理が施された低摩擦層を拡大して示す図である。
【図３】図１のIII−III線における断面図である。
【図４】複数気筒における空気供給経路の一例を示すエンジンの断面図である。
【図５】エンジンシステムの概略構成を示すブロック図である。
【図６】制御システムの概略構成を示すブロック図である。
【図７】エンジン始動時のエンジンシステムの作動を示すフローチャートである。
【図８】図７のタイムチャートである。
【図９】第２実施形態に係るエンジンシステムの作動を示すフローチャートである。
【図１０】第２実施形態に係るエンジンシステムの作動を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
［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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
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。
【符号の説明】
【０１１２】
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
【図１】
2016121600.tif 000003
【図２】
2016121600.tif 000004
【図３】
2016121600.tif 000005
【図４】
2016121600.tif 000006
【図５】
2016121600.tif 000007
【図６】
2016121600.tif 000008
【図７】
2016121600.tif 000009
【図８】
2016121600.tif 000010
【図９】
2016121600.tif 000011
【図１０】
2016121600.tif 000012