JP5563969B2 - すべり軸受およびそれを備える内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
回転体の軸部を回転自在に支持するすべり軸受であって、
前記すべり軸受の内部、または前記すべり軸受を取り付けるハウジングと当該すべり軸受との間に配置され、作用する圧力に応じた電圧を生じさせる圧電素子と、
前記すべり軸受の内部、または前記ハウジングと当該すべり軸受との間に配置され、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する熱電素子と、
前記圧電素子と前記熱電素子とを電気的に接続する電気配線と、
を備えることを特徴とする。
前記すべり軸受を潤滑する潤滑油の温度が所定値にまで上昇した場合に、前記圧電素子と前記熱電素子との電気的な接続を切断する高温時導通切断手段を更に備えることを特徴とする。
前記高温時導通切断手段は、前記潤滑油の温度が前記所定値にまで上昇した場合に、前記圧電素子と前記熱電素子との電気的な接続が切断されるように動作するサーモスタットであることを特徴とする。
内燃機関の回転体の軸部を回転自在に支持するすべり軸受を備える内燃機関の制御装置であって、
前記すべり軸受は、前記すべり軸受の内部、または前記すべり軸受を取り付けるハウジングと当該すべり軸受との間に配置され、作用する圧力に応じた電圧を生じさせる圧電素子を含み、
前記内燃機関の制御装置は、
前記圧電素子が発生させる電圧を検知する電圧検知手段と、
前記電圧検知手段により検知される電圧が所定値以上である場合に、前記内燃機関の負荷が低減されるように前記内燃機関を制御する負荷制御手段と、
を更に備えることを特徴とする。
前記負荷制御手段による制御が行われた後に、前記電圧検知手段により検知される電圧が未だ前記所定値以上である場合に、エンジン回転数が低減されるように前記内燃機関を制御する回転数制御手段を更に備えることを特徴とする。
図1は、本発明の実施の形態1のすべり軸受が適用される内燃機関のクランクシャフト10周りの構成を表した図である。
図1に示すように、クランクシャフト10は、クランクジャーナル部(クランク主軸部)10aと、クランクシャフト10とピストン12とを連結するコンロッド14が取り付けられるクランクピン部10bと、クランクジャーナル部10aとクランクピン部10bとを繋ぐクランクアーム部10cとを備えている。
一方、熱電素子22については、そのような高い油膜圧力が作用する部位を避け、油膜圧力の低い部位に配置するのが良い。例えば、図1に示す直列4気筒用のクランクシャフト10の場合には、クランクキャップやコンロッド14のロッド部14aに取り付けられるすべり軸受16を、図2(A)に示すように、すべり軸受16の周方向の中央部位近辺から離れた部位に配置するのが良い。これにより、油膜圧力が高くなる部位は、もともと発熱が生じ易いので、そのような部位において熱電素子22によって過度な発熱が生ずるのを避けることができる。
クランクシャフト10に使用されるすべり軸受16とクランクジャーナル部10aとの間、および、すべり軸受16とクランクピン部10bとの間には、潤滑油が供給されている。そして、クランクジャーナル部10aおよびクランクピン部10bが回転すると、クランクジャーナル部10aおよびクランクピン部10bと、対応するすべり軸受16との間には、流体潤滑膜が形成される。すべり軸受16は、そのような流体潤滑膜内に発生する油膜圧力によりクランクジャーナル部10aおよびクランクピン部10bを支持する部品である。
以上説明したように、本実施形態のすべり軸受16は、摺動面の近傍に圧電素子20と、当該圧電素子20と電気的に接続された熱電素子22とを備えている。このような構成によれば、図4に示すように、内燃機関(エンジン)の運転が開始し、すべり軸受16に油膜を介して圧力が加わった場合に、圧電素子20が電圧を発生する。そして、圧電素子20が発生させた電圧が電気配線24を介して熱電素子22に供給されることにより、熱電素子22が発熱する。その結果、熱電素子22によってすべり軸受16の摺動面が加熱され、潤滑油が加熱されるようになる。これにより、潤滑油の粘度が低下する。図3を参照して上述したように、低温時における潤滑油の動粘度は、潤滑油温度の変化に応じて大きく変化する。このため、少しの温度変化によってもフリクションの低減効果を見込めるので、本実施形態のすべり軸受16によれば、低温時において、すべり軸受16の摺動面のフリクションを良好に低減することが可能となる。また、そのようなフリクションの低減を、外部からの電力供給を必要とせずに行えるようになる。
図5に示すすべり軸受30では、圧電素子20および熱電素子22は、すべり軸受30(の裏金16a)とハウジング18との間(界面)に取り付けられている。
図6に示すすべり軸受40では、圧電素子20は、すべり軸受30(の裏金16a)とハウジング18との間(界面)に取り付けられており、熱電素子22は、オーバレイ層16cの下(オーバレイ層16cとライニング層16bとの界面)に取り付けられている。
次に、図7および図8を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
図7は、本発明の実施の形態2におけるすべり軸受50の特徴的な構成を説明するための図である。尚、図7は、図2(C)と同様の方向からすべり軸受50を見た図である。また、すべり軸受50は、図7を参照して説明する点を除き、基本的には図2に示すすべり軸受16と同様に構成されているものとする。
潤滑油温度が上記所定値αよりも低い低温時の動作は、上記図4を参照して実施の形態1において既述した通りである。一方、潤滑油温度が上記所定値α以上となる定常運転時には、サーモスタット54が上記のように動作することで、圧電素子20から熱電素子22への電圧の供給が遮断されるようになる。その結果、この場合には、熱電素子22が発熱することが無くなるので、すべり軸受50の摺動面の油膜温度が過度に上昇することが防止される。これにより、低温時には、圧電素子20と熱電素子22とを利用した発熱によって、すべり軸受50のフリクション低減を図りつつ、定常運転時に、すべり軸受50に焼付きや異常摩耗といった不具合が発生するのを防止することができる。
次に、図9乃至図12を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。
図9は、本発明の実施の形態3のすべり軸受が適用される内燃機関60のシステム構成を説明するための図である。
内燃機関60の筒内には、ピストン62が設けられている。ピストン62は、コンロッド64を介してクランクシャフト66のクランクピン部66bと連結されている。また、内燃機関60の燃焼室68には、吸気通路70および排気通路72が連通している。
より具体的には、異物の噛み込みが原因の不具合は、以下のようにして生じ得る。すなわち、異物が軸部とすべり軸受との間に入り込み、軸部の回転に巻き込まれるようにして異物がすべり軸受に傷を発生させる。その結果、すべり軸受に発生した傷の周囲が塑性変形によって盛り上がるようになり、この盛り上がり部分が軸部と固体接触し、異常過熱を引き起こす場合がある。このようにして、異物の噛み込みが焼付きの原因となる。
また、油膜温度の過度な上昇による不具合は、以下のようにして生じ得る。すなわち、油膜温度が上昇したことで油膜厚さが減少し、軸部とすべり軸受との間に固体接触が発生し、異常加熱を引き起こす。その結果、焼付きや異常摩耗が発生することがある。
更に、同様の不具合は、過大な筒内圧の発生、軸部や軸受の軸受周りの変形、および、軸部のミスアライメントという状況でも発生する。
図11に示すルーチンでは、先ず、圧電素子20の電圧が検知される(ステップ100)。次いで、上記ステップ100において検知された圧電素子20の電圧が上記所定値β以上であるか否かが判定される(ステップ102)。本ステップ102における所定値βは、すべり軸受86が正常に機能している場合の定常運転時には発生しない過大な電圧が生じている状況を判断するための値として予め設定された閾値である。
圧電素子20の電圧が上記所定値βよりも低い正常運転時の動作は、上記図8を参照して実施の形態2において既述した通りである。一方、圧電素子20の電圧が上記所定値β以上となる異常時には、図12に示すように、異物噛み込みによるすべり軸受86の表面への傷の発生に起因して、または、油膜温度の過度な温度上昇に伴う油膜厚さの減少による固体接触の発生に起因して、すべり軸受86の表面に異常な圧力が作用する。その結果、圧電素子20が過大な電圧を発生させることになる。
また、上述した実施の形態3においては、ECU84が上記ステップ106および108の処理を実行することにより前記第5の発明における「回転数制御手段」が実現されている。
10a クランクジャーナル部
10b クランクピン部
10c クランクアーム部
12、62 ピストン
14、64 コンロッド
14a コンロッドのロッド部
14b コンロッドのキャップ部
16、30、40、50、86 すべり軸受
16a 裏金
16b ライニング層
16c オーバレイ層
18 ハウジング
20 圧電素子
22 熱電素子
24、52、88 電気配線
54 サーモスタット
60 内燃機関
66a クランクジャーナル部
66b クランクピン部
70 吸気通路
76 スロットルバルブ
78 燃料噴射弁
84 ECU(Electronic Control Unit)
Claims (5)
- 回転体の軸部を回転自在に支持するすべり軸受であって、
前記すべり軸受の内部、または前記すべり軸受を取り付けるハウジングと当該すべり軸受との間に配置され、作用する圧力に応じた電圧を生じさせる圧電素子と、
前記すべり軸受の内部、または前記ハウジングと当該すべり軸受との間に配置され、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する熱電素子と、
前記圧電素子と前記熱電素子とを電気的に接続する電気配線と、
を備えることを特徴とするすべり軸受。 - 前記すべり軸受を潤滑する潤滑油の温度が所定値にまで上昇した場合に、前記圧電素子と前記熱電素子との電気的な接続を切断する高温時導通切断手段を更に備えることを特徴とする請求項1記載のすべり軸受。
- 前記高温時導通切断手段は、前記潤滑油の温度が前記所定値にまで上昇した場合に、前記圧電素子と前記熱電素子との電気的な接続が切断されるように動作するサーモスタットであることを特徴とする請求項2記載のすべり軸受。
- 内燃機関の回転体の軸部を回転自在に支持するすべり軸受を備える内燃機関の制御装置であって、
前記すべり軸受は、前記すべり軸受の内部、または前記すべり軸受を取り付けるハウジングと当該すべり軸受との間に配置され、作用する圧力に応じた電圧を生じさせる圧電素子を含み、
前記内燃機関の制御装置は、
前記圧電素子が発生させる電圧を検知する電圧検知手段と、
前記電圧検知手段により検知される電圧が所定値以上である場合に、前記内燃機関の負荷が低減されるように前記内燃機関を制御する負荷制御手段と、
を更に備えることを特徴とするすべり軸受を備える内燃機関の制御装置。 - 前記負荷制御手段による制御が行われた後に、前記電圧検知手段により検知される電圧が未だ前記所定値以上である場合に、エンジン回転数が低減されるように前記内燃機関を制御する回転数制御手段を更に備えることを特徴とする請求項4記載のすべり軸受を備える内燃機関の制御装置。
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