(57)【要約】【課題】浮揚による摩擦低減方法を摺動部に用いた場合の上記課題を解決するためになされたものであり、摺動面に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。【解決手段】クランクシャフト１０と、クランクシャフト１０に対して相対運動するコンロッド２０と、を備え、クランクシャフト１０及びコンロッド２０の少なくとも一方の部材の摺動面に、両部材１０，２０の相対速度が所定の相対速度以上のときいずれか一方の部材を他方の部材に対して浮揚させる摩擦低減処理が施された低摩擦層４０を有する、エンジン１であって、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。【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。
【請求項２】
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る、
請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
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、燃焼室の温度を上昇させる燃焼室温度上昇手段である、
請求項１又は２に記載のエンジン。
【請求項４】
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、空気供給手段である、
請求項３に記載のエンジン。
【請求項５】
前記付着物除去手段は、所定期間毎に作動する、
請求項３又は４に記載のエンジン。
【請求項６】
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または推定されたとき、前記付着物除去手段が作動する、
請求項３又は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、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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【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。
【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、燃焼室の温度を上昇させる燃焼室温度上昇手段である、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３又は４に記載のエンジンにおいて、前記付着物除去手段は、所定期間毎に作動する、ことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、前記請求項３又は４に記載のエンジンにおいて、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または推定されたとき、前記付着物除去手段が作動する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
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。
【００１６】
まず、請求項１に記載の発明によれば、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。
【００１７】
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。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明によれば、燃焼室温度上昇手段によって、燃焼室の温度を上昇させることができる。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。
【００１９】
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、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。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明によれば、所定期間毎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所定期間毎に除去できる。よって、摺動面への異物の堆積を抑制できる。
【００２１】
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知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。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。
【００２２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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摺動層を拡大して示す図である。
【図３】断熱層の変形例を示す燃焼室の拡大図である。
【図４】断熱層の変形例を示す燃焼室の拡大図である。
【図５】第２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６】第３実施形態に係るエンジンの主運動系の概略構成を示す断面図である。
【図７】図６のVII−VII線における断面図である
【図８】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９】第４実施形態に係る制御システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１０】第４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１１】第４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】
【００２４】
［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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
［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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
［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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
［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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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】
【００８５】
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。
【符号の説明】
【００８６】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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