すべり軸受およびそれを備える内燃機関の制御装置
【課題】この発明は、すべり軸受およびそれを備える内燃機関の制御装置に関し、外部からの電力供給を必要とせずに、摺動面を加熱してフリクションを低減可能とすることを第１の目的とし、また、すべり軸受の性能を損なうような不具合の発生を予測して、当該不具合を速やかに回避可能とすることを第２の目的とする。
【解決手段】クランクジャーナル部１０ａやクランクピン部１０ｂを回転自在に支持するすべり軸受１６であって、すべり軸受１６の内部に配置された圧電素子２０および熱電素子２２と、圧電素子２０と熱電素子２２とを電気的に接続する電子回路２４とを備える。また、圧電素子２０が発生させる電圧が所定値β以上である場合に、内燃機関６０の負荷が低減されるように内燃機関６０を制御する。
【解決手段】クランクジャーナル部１０ａやクランクピン部１０ｂを回転自在に支持するすべり軸受１６であって、すべり軸受１６の内部に配置された圧電素子２０および熱電素子２２と、圧電素子２０と熱電素子２２とを電気的に接続する電子回路２４とを備える。また、圧電素子２０が発生させる電圧が所定値β以上である場合に、内燃機関６０の負荷が低減されるように内燃機関６０を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、すべり軸受およびそれを備える内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、内燃機関のクランクピンの軸受の近傍に圧電素子を含むセンサを備え、軸受温度の監視を行う軸受温度監視装置が開示されている。この従来の軸受温度監視装置では、軸受の温度が軸受性能を損なう温度に達した際に警報を発するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平５−４２５６８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２７３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の低温始動時などには、潤滑油の温度が低いため、潤滑油の粘度が非常に高くなる。その結果、潤滑油のせん断抵抗が大きくなり、内燃機関が備えるすべり軸受の摺動面のフリクションが大きくなる。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、外部からの電力供給を必要とせずに、摺動面を加熱してフリクションを低減可能とするすべり軸受を提供することを第１の目的とする。
【０００６】
また、上記特許文献１に記載の技術は、軸受の温度を監視するシステムにはなっているが、軸受の温度に異常が認められた場合に警報を発することによって軸受の損傷を防止するというものである。内燃機関（特に自動車用）では、高いエンジン回転数が使用されるため、回転体の軸部とすべり軸受との間に固体接触が発生すると、大きな摺動熱が瞬間的に発生する。このため、人が警報を認知してから対応を図るということでは、すべり軸受の性能および内燃機関自体を損なう不具合（焼付きや異常摩耗等）を回避（防止）するための対策として十分とはいえない場合がある。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、すべり軸受の性能を損なうような不具合の発生を予測して、当該不具合を速やかに回避可能とするすべり軸受を備える内燃機関の制御装置を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、すべり軸受であって、
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子回路と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
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。
【００１０】
また、第３の発明は、第２の発明において、
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。
【００１１】
第４の発明は、すべり軸受を備える内燃機関の制御装置であって、
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。
【００１２】
また、第５の発明は、第４の発明において、
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。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、すべり軸受に圧力が加わった場合に、圧電素子が電圧を発生する。そして、圧電素子が発生させた電圧が電子回路を介して熱電素子に供給されることにより、熱電素子が発熱する。その結果、熱電素子によってすべり軸受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。このため、本発明によれば、外部からの電力供給を必要とせずに、すべり軸受の摺動面を加熱してフリクションを低減させることができる。
【００１４】
第２の発明によれば、低温時には、圧電素子と熱電素子とを利用した発熱によって、すべり軸受のフリクション低減を図りつつ、高温時には、すべり軸受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。
【００１５】
第３の発明によれば、高温時導通切断手段としてサーモスタットを用いたことにより、すべり軸受の周辺に備える構成のみを利用して、低温時にはすべり軸受のフリクション低減を図りつつ、高温時に上記不具合が発生するのを防止することが可能となる。
【００１６】
第４の発明によれば、すべり軸受に対して備えられた圧電素子を利用して、異物の噛み込みや油膜温度の過度な温度上昇に起因する焼付きや異常摩耗といった、すべり軸受の性能を損なうような不具合の発生を予測することができる。そして、そのような不具合の発生が予測される場合に、内燃機関の負荷を低減させることにより、すべり軸受に加わる負荷を抑えることができる。これにより、上記不具合を速やかに回避（防止）することが可能となる。
【００１７】
第５の発明によれば、上記負荷制御手段による制御のみでは対策として不十分な場合に、エンジン回転数を低減させることにより、より積極的に、油膜温度の低下による油膜厚さの増加（回復）や単位時間当たりの固定接触部の摩耗量の減少を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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周りの構成を表した図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるすべり軸受の特徴的な構成を説明するための図である。
【図３】潤滑油の動粘度と温度との関係を表した図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるすべり軸受の構成による効果を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１の第１変形例におけるすべり軸受の具体的な構成を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１の第２変形例におけるすべり軸受の具体的な構成を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態２におけるすべり軸受の特徴的な構成を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態２におけるすべり軸受の構成による効果を説明するためのフローチャートである。
【図９】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のシステム構成を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態３におけるすべり軸受の特徴的な構成を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態３において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態３におけるすべり軸受の構成およびこれを用いた異常時の制御（Ｅｎｇ負荷制御やＥｎｇ回転数制御）による効果を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１．
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。
【００２０】
クランクジャーナル部１０ａは、エンジンブロック（図示省略）とクランクキャップ（図示省略）とに挟まれた状態で支持されている。また、クランクピン部１０ｂは、コンロッド１４のロッド部１４ａとキャップ部１４ｂとに挟まれた状態で支持されている。
【００２１】
本実施形態のすべり軸受１６（図２参照）は、Ｕ字型に形成されており、クランクジャーナル部１０ａとエンジンブロックとの間、クランクジャーナル部１０ａと上記クランクキャップとの間、クランクピン部１０ｂとロッド部１４ａとの間、および、クランクピン部１０ｂとキャップ部１４ｂとの間に、それぞれ介在するように配置される部品である。このような構成により、各クランクジャーナル部１０ａおよび各クランクピン部１０ｂは、一対のすべり軸受１６によって、それぞれ回転自在に支持されている。
【００２２】
図２は、本発明の実施の形態１におけるすべり軸受１６の特徴的な構成を説明するための図である。より具体的には、図２（Ａ）は、すべり軸受１６を、当該すべり軸受１６が支持する回転体の軸部（本実施形態では、クランクジャーナル部１０ａおよびクランクピン部１０ｂが相当）の軸方向から見た図であり、図２（Ｂ）は、すべり軸受１６を、図２（Ａ）中のＢ−Ｂ線で切断した断面図であり、図２（Ｃ）は、図２（Ａ）中の矢印Ａの方向からすべり軸受１６を見た図である。尚、図２（Ｃ）においては、オーバレイ層１６ｃの図示が省略されている。
【００２３】
図２に示すように、すべり軸受１６は、ハウジング（本実施形態では、上述したエンジンブロック、クランクキャップ、ロッド部１４ａおよびキャップ部１４ｂが相当）１８に取り付けられている。図２（Ｂ）に示すように、すべり軸受１６は、ハウジング１８側から順に、圧延鋼板からなる裏金１６ａ、銅合金もしくはアルミニウム合金からなるライニング層（軸受合金層）１６ｂ、および、軟質金属や固体潤滑剤からなるオーバレイ層（めっき層）１６ｃが積層された構造を有している。
【００２４】
すべり軸受１６の内部には、作用する圧力に応じた電圧を生じさせる圧電素子２０と、と、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する熱電素子（例えば、ペルチェ素子）２２と、圧電素子２０と熱電素子２２とを電気的に接続する電子回路２４とが配置されている。熱電素子２２は、圧電素子２０の両端にそれぞれ配置されている。このような構成によって、熱電素子２２は、圧電素子２０が発生する電圧を利用して熱を発生するように構成されている。また、熱電素子２２は、発熱側の面がオーバレイ層１６ｃ側（すなわち、すべり軸受１６の摺動面側）を向くように配置されている。
【００２５】
また、図２（Ａ）に示すように、薄板状に形成された圧電素子２０および熱電素子２２は、Ｕ字型に形成されたすべり軸受１６の形状に沿って延びるようにして配置されている。より具体的には、上記の圧電素子２０、熱電素子２２および電子回路２４は、オーバレイ層１６ｃ側においてライニング層１６ｂに埋め込まれており、オーバレイ層１６ｃは、これらの圧電素子２０等がライニング層１６ｂに埋め込まれた状態ですべり軸受１６の最表面に設けられている。
【００２６】
また、内燃機関の運転中にクランクシャフト１０が回転する際、クランクジャーナル部１０ａおよびクランクピン部１０ｂには、各気筒における爆発力や遠心力が作用し、これらの力を各部に配置されたすべり軸受１６が受け止めることになる。そこで、すべり軸受１６における圧電素子２０の配置部位は、上記の力（特に爆発力）の影響で高い油膜圧力が作用する部位とすることが好ましい。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に配置するのが良い。これにより、圧電素子２０が油膜圧力を高い感度で検知できるようになる。
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。
【００２７】
図３は、潤滑油の動粘度と温度との関係を表した図である。
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。
【００２８】
図３に示すように、潤滑油の動粘度は、低温域において潤滑油温度が低くなるにつれ、急激に大きくなる特性を有している。このため、極低温時（−３０℃程度を想定）や低温始動時などのように、定常運転時よりも低い温度域での内燃機関の運転時には、潤滑油のせん断抵抗が大きくなるので、内燃機関のフリクションが大きくなり、その中でも、すべり軸受１６の摺動面におけるフリクションが大きく増加することになる。
【００２９】
図４は、本発明の実施の形態１におけるすべり軸受１６の構成による効果を説明するためのフローチャートである。
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子回路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。
【００３０】
また、図２に示すように、本実施形態の圧電素子２０および熱電素子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との間）に配置されている。このような構成によれば、すべり軸受１６の摺動面に非常に近い場所に圧電素子２０および熱電素子２２が存在することになる。このため、油膜圧力を感度良く検知することができる。また、クランクジャーナル部１０ａやクランクピン部１０ｂとすべり軸受１６との間に存在する潤滑油との距離が近いため、熱電素子２２が発生した熱を効率良く潤滑油に伝えることができる。
【００３１】
ところで、上述した実施の形態１においては、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、圧電素子２０および熱電素子２２を配置した例について説明を行った。しかしながら、本発明における圧電素子および熱電素子の具体的な配置部位は、上記のものに限定されるものではなく、例えば、以下の図５または図６を参照して説明するものであってもよい。
【００３２】
図５は、本発明の実施の形態１の第１変形例におけるすべり軸受３０の具体的な構成を説明するための図である。尚、図５において、上記図２に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
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。
【００３３】
上記図５に示す構成によれば、上記図２に示す構成のようにすべり軸受１６の内部に備える場合と比べ、すべり軸受３０に対する圧電素子２０および熱電素子２２の取り付けが容易となる。また、上記図２に示す構成と比べると、油膜圧力検知の感度および熱電素子２２の熱の伝達性は低くなるが、これらの素子２０、２２をより良く保護できるようになり、耐久性を向上させることができる。
【００３４】
図６は、本発明の実施の形態１の第２変形例におけるすべり軸受４０の具体的な構成を説明するための図である。尚、図６において、上記図２に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
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。
【００３５】
上記図６に示す構成によれば、圧電素子２０の十分な保護を図りつつ、熱電素子２２の熱を効率良く潤滑油に伝えられる構成を得ることができる。
【００３６】
実施の形態２．
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。
【００３７】
上述した実施の形態１におけるすべり軸受１６によれば、潤滑油温度が低い状況下では、圧電素子２０と熱電素子２２とを用いてすべり軸受１６の摺動面を加熱することにより、フリクションの低減を図ることができる。しかしながら、すべり軸受１６によれば、潤滑油温度が良好な温度に達している内燃機関の定常運転時においても、上記摺動面が加熱されることになる。その結果、潤滑油の粘度が過度に下がり、すべり軸受１６に焼付きや異常摩耗といった不具合が発生することが懸念される。
【００３８】
そこで、本実施形態のすべり軸受５０は、すべり軸受１６と同様に、圧電素子２０および熱電素子２２を備えたうえで、圧電素子２０と熱電素子２２とを電気的に接続する電子回路５２の途中に、サーモスタット（例えば、バイメタル）５４を備えるようにした。このサーモスタット５４は、すべり軸受５０の周辺の潤滑油温度が所定値α（定常運転時の温度）にまで上昇した際に動作し、圧電素子２０と熱電素子２２との電気的な接続が切断されるように構成されている。
【００３９】
図８は、本発明の実施の形態２におけるすべり軸受５０の構成による効果を説明するためのフローチャートである。
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。
【００４０】
また、高温時に電子回路２４を切断するための要素としてサーモスタット５４を用いたことにより、すべり軸受５０の周辺に備える構成のみを利用して、低温時にはすべり軸受５０のフリクション低減を図りつつ、定常運転時に上記不具合が発生するのを防止することが可能となる。
【００４１】
ところで、上述した実施の形態２においては、電子回路５２の途中にサーモスタット５４を利用したスイッチを組み込むことにより、潤滑油温度が所定値αにまで上昇した場合に、圧電素子２０と熱電素子２２との電気的な接続を切断するようにしている。しかしながら、本発明における高温時導通切断手段は、上記のような構成に限定されるものではない。すなわち、高温時導通切断手段は、例えば、内燃機関が備える油温センサにより検出される潤滑油温度が所定値（例えば、上記所定値α）にまで上昇した場合に、内燃機関を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）からの有線もしくは無線による指令に基づいて圧電素子と熱電素子との電気的な接続を切断するように動作するスイッチを、電子回路中に備えることにより実現される構成であってもよい。
【００４２】
実施の形態３．
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。
【００４３】
吸気通路７０の入口近傍には、吸気通路７０に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ７４が設けられている。エアフローメータ７４の下流には、スロットルバルブ７６が設けられている。また、スロットルバルブ７６の下流には、内燃機関６０の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁７８が配置されている。また、内燃機関６０が備えるシリンダヘッドには、燃焼室６８の頂部から燃焼室６８内に突出するように点火プラグ８０が取り付けられている。
【００４４】
クランクシャフト６６の近傍には、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ８２が配置されている。また、図９に示すシステムは、ＥＣＵ８４を備えている。ＥＣＵ８４の入力部には、上述したエアフローメータ７４およびクランク角センサ８２等の内燃機関６０の運転状態を検出するための各種センサが電気的に接続されている。また、ＥＣＵ８４の出力部には、上述したスロットルバルブ７６、燃料噴射弁７８および点火プラグ８０等の内燃機関６０を制御するための各種のアクチュエータが電気的に接続されている。ＥＣＵ８４は、それらのセンサ出力に基づいて、内燃機関６０の運転状態を制御する。
【００４５】
図１０は、本発明の実施の形態３におけるすべり軸受８６の特徴的な構成を説明するための図である。尚、図１０は、図２（Ｃ）と同様の方向からすべり軸受８６を見た図である。また、すべり軸受８６は、図１０を参照して説明する点を除き、基本的には図７に示すすべり軸受５０と同様に構成されているものとし、また、図１０においては、サーモスタット５４の図示を省略している。
【００４６】
より具体的には、図１０は、クランクジャーナル部６６ａのためのすべり軸受８６、すなわち、内燃機関６０の運転中に静止状態にあるハウジング（エンジンブロックやクランクキャップ）に取り付けられるすべり軸受８６を対象とした構成を示している。すなわち、図１０に示すすべり軸受８６に設けられた圧電素子２０および熱電素子２２は、電気配線８８を介してＥＣＵ８４に電気的に接続されており、これにより、ＥＣＵ８４は、作用する圧力に応じて圧電素子２０が発生する電圧を検知できるようになっている。尚、クランクジャーナル部６６ａのためのすべり軸受８６、すなわち、内燃機関６０の運転中に稼動状態にあるハウジング（コンロッド６４のロッド部やキャップ部）に取り付けられるすべり軸受８６の場合には、無線通信（例えば、電波）を利用して、圧電素子２０が発生する電圧をＥＣＵ８４が検知できるように構成することができる。
【００４７】
回転体の軸部を回転自在に支持するためにすべり軸受が用いられている場合、当該軸部とすべり軸受との間に異物が噛み込むことが原因で焼付きが生じたり、油膜温度の過度の上昇による焼付きや異常摩耗が生じたりするといった不具合が起こり得る。
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。
【００４８】
以上説明したような焼付きや異常摩耗といった不具合は、固体接触がトリガーとなって引き起こされることが多い。そして、固体接触時には、通常の油膜圧力よりも高くかつ異常な圧力がすべり軸受に作用することになる。このため、本実施形態のすべり軸受８６のように圧電素子２０を備えている場合には、圧電素子２０は固体接触時に通常よりも高い電圧を発生させることになる。
【００４９】
そこで、本実施形態では、内燃機関６０の運転中に、上述した構成を利用して圧電素子２０の電圧値をＥＣＵ８４に取り込むようにした。そして、ＥＣＵ８４によって検知された圧電素子２０の電圧が所定値β以上である場合には、すべり軸受８６に上記不具合が生じ得る異常な状況にあると判断（予測）し、内燃機関６０の負荷（筒内圧）が低減されるように内燃機関６０を制御するようにした（Ｅｎｇ負荷制御）。具体的には、例えば、燃料噴射量を減らしたり、スロットル開度を絞ることによって吸入空気量を減らしたりするようにした。
【００５０】
更に、本実施形態では、異常時に内燃機関６０の負荷を低減するための上記制御が行われた後においても、圧電素子２０の電圧が未だ上記所定値β以上であると認められる場合には、エンジン回転数が低減されるように内燃機関６０を制御するようにした（Ｅｎｇ回転数制御）。具体的には、当該Ｅｎｇ回転数制御としては、例えば、各気筒への燃料供給のカット、ＥＣＵ８４からの指令に基づいて車両のブレーキを制御可能な構成の場合には車両のブレーキを掛ける処理、または、内燃機関６０に組み合されるトランスミッションのギア比を高いギア比に変更する処理が該当する。
【００５１】
図１１は、上記の機能を実現するために、本実施の形態３においてＥＣＵ８４が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。
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。
【００５２】
上記ステップ１０２において圧電素子２０の電圧が上記所定値β以上であると判定された場合には、上記Ｅｎｇ負荷制御、より具体的には、燃料噴射量を減らす制御もしくはスロットル開度を絞ることによる吸入空気量の減らす制御が実行される（ステップ１０４）。
【００５３】
次に、上記ステップ１０４における上記Ｅｎｇ負荷制御が行われてから所定時間が経過した後に、圧電素子２０の電圧が未だ上記所定値β以上であるか否かが判定される（ステップ１０６）。その結果、本ステップ１０６における判定が成立する場合、すなわち、上記Ｅｎｇ負荷制御の実行によっても過大な電圧が収まらないと判断できる場合には、上記Ｅｎｇ回転数制御、より具体的には、例えば、フューエルカット、車両のブレーキを掛ける処理、または、内燃機関６０に組み合されるトランスミッションのギア比を高いギア比に変更する処理が実行される（ステップ１０８）。
【００５４】
図１２は、本発明の実施の形態３におけるすべり軸受８６の構成およびこれを用いた異常時の制御（上記Ｅｎｇ負荷制御やＥｎｇ回転数制御）による効果を説明するためのフローチャートである。
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。
【００５５】
本実施形態では、この場合には、上記図１１に示すルーチンによる上記Ｅｎｇ負荷制御が実行される。これにより、すべり軸受８６に加わる負荷を抑えることができるので、固定接触時の発生熱量を抑えることができる。このため、油膜温度の低下による油膜厚さの増加（回復）および固定接触部の穏やかな摩耗を促すことができる。更に、上記Ｅｎｇ負荷制御のみでは対策として不十分な場合には、上記Ｅｎｇ回転数制御が実行される。これにより、より積極的に、油膜温度の低下による油膜厚さの増加（回復）および単位時間当たりの固定接触部の摩耗量の減少を図ることができる。また、異常時に上記Ｅｎｇ負荷制御や上記Ｅｎｇ回転数制御が行われた場合には、図１２に示すように、圧電素子２０の電圧が正常値に向けて減少するようになる。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態のすべり軸受８６およびそれを用いた上記Ｅｎｇ負荷制御およびＥｎｇ回転数制御によれば、異物の噛み込みや油膜温度の過度な温度上昇に起因する焼付きや異常摩耗といった、すべり軸受８６の性能を損なうような不具合の発生を予測したうえで、当該不具合を速やかに回避（防止）することが可能となる。
【００５７】
ところで、上述した実施の形態３においては、圧電素子２０とともに熱電素子２２を備えることにより低温時において潤滑油の加熱が可能なすべり軸受８６に対して、圧電素子２０の電圧を利用したすべり軸受８６の異常検出を行う点について説明を行った。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、圧電素子の電圧を利用したすべり軸受の異常検出を行ううえでは、すべり軸受８６のように熱電素子２２をも備えたものではなくてもよく、ＥＣＵによって圧電素子の電圧を検知可能に構成されたすべり軸受であればよい。
【００５８】
尚、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ８４が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第４の発明における「電圧検知手段」が、上記ステップ１０２および１０４の処理を実行することにより前記第４の発明における「負荷制御手段」が、それぞれ実現されている。
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。
【符号の説明】
【００５９】
１０、６６ クランクシャフト
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 電子回路
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)
８８ 電気配線
【技術分野】
【０００１】
この発明は、すべり軸受およびそれを備える内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、内燃機関のクランクピンの軸受の近傍に圧電素子を含むセンサを備え、軸受温度の監視を行う軸受温度監視装置が開示されている。この従来の軸受温度監視装置では、軸受の温度が軸受性能を損なう温度に達した際に警報を発するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平５−４２５６８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２７３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の低温始動時などには、潤滑油の温度が低いため、潤滑油の粘度が非常に高くなる。その結果、潤滑油のせん断抵抗が大きくなり、内燃機関が備えるすべり軸受の摺動面のフリクションが大きくなる。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、外部からの電力供給を必要とせずに、摺動面を加熱してフリクションを低減可能とするすべり軸受を提供することを第１の目的とする。
【０００６】
また、上記特許文献１に記載の技術は、軸受の温度を監視するシステムにはなっているが、軸受の温度に異常が認められた場合に警報を発することによって軸受の損傷を防止するというものである。内燃機関（特に自動車用）では、高いエンジン回転数が使用されるため、回転体の軸部とすべり軸受との間に固体接触が発生すると、大きな摺動熱が瞬間的に発生する。このため、人が警報を認知してから対応を図るということでは、すべり軸受の性能および内燃機関自体を損なう不具合（焼付きや異常摩耗等）を回避（防止）するための対策として十分とはいえない場合がある。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、すべり軸受の性能を損なうような不具合の発生を予測して、当該不具合を速やかに回避可能とするすべり軸受を備える内燃機関の制御装置を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、すべり軸受であって、
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子回路と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
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。
【００１０】
また、第３の発明は、第２の発明において、
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。
【００１１】
第４の発明は、すべり軸受を備える内燃機関の制御装置であって、
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。
【００１２】
また、第５の発明は、第４の発明において、
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。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、すべり軸受に圧力が加わった場合に、圧電素子が電圧を発生する。そして、圧電素子が発生させた電圧が電子回路を介して熱電素子に供給されることにより、熱電素子が発熱する。その結果、熱電素子によってすべり軸受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。このため、本発明によれば、外部からの電力供給を必要とせずに、すべり軸受の摺動面を加熱してフリクションを低減させることができる。
【００１４】
第２の発明によれば、低温時には、圧電素子と熱電素子とを利用した発熱によって、すべり軸受のフリクション低減を図りつつ、高温時には、すべり軸受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。
【００１５】
第３の発明によれば、高温時導通切断手段としてサーモスタットを用いたことにより、すべり軸受の周辺に備える構成のみを利用して、低温時にはすべり軸受のフリクション低減を図りつつ、高温時に上記不具合が発生するのを防止することが可能となる。
【００１６】
第４の発明によれば、すべり軸受に対して備えられた圧電素子を利用して、異物の噛み込みや油膜温度の過度な温度上昇に起因する焼付きや異常摩耗といった、すべり軸受の性能を損なうような不具合の発生を予測することができる。そして、そのような不具合の発生が予測される場合に、内燃機関の負荷を低減させることにより、すべり軸受に加わる負荷を抑えることができる。これにより、上記不具合を速やかに回避（防止）することが可能となる。
【００１７】
第５の発明によれば、上記負荷制御手段による制御のみでは対策として不十分な場合に、エンジン回転数を低減させることにより、より積極的に、油膜温度の低下による油膜厚さの増加（回復）や単位時間当たりの固定接触部の摩耗量の減少を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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周りの構成を表した図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるすべり軸受の特徴的な構成を説明するための図である。
【図３】潤滑油の動粘度と温度との関係を表した図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるすべり軸受の構成による効果を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１の第１変形例におけるすべり軸受の具体的な構成を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１の第２変形例におけるすべり軸受の具体的な構成を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態２におけるすべり軸受の特徴的な構成を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態２におけるすべり軸受の構成による効果を説明するためのフローチャートである。
【図９】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のシステム構成を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態３におけるすべり軸受の特徴的な構成を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態３において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態３におけるすべり軸受の構成およびこれを用いた異常時の制御（Ｅｎｇ負荷制御やＥｎｇ回転数制御）による効果を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１．
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。
【００２０】
クランクジャーナル部１０ａは、エンジンブロック（図示省略）とクランクキャップ（図示省略）とに挟まれた状態で支持されている。また、クランクピン部１０ｂは、コンロッド１４のロッド部１４ａとキャップ部１４ｂとに挟まれた状態で支持されている。
【００２１】
本実施形態のすべり軸受１６（図２参照）は、Ｕ字型に形成されており、クランクジャーナル部１０ａとエンジンブロックとの間、クランクジャーナル部１０ａと上記クランクキャップとの間、クランクピン部１０ｂとロッド部１４ａとの間、および、クランクピン部１０ｂとキャップ部１４ｂとの間に、それぞれ介在するように配置される部品である。このような構成により、各クランクジャーナル部１０ａおよび各クランクピン部１０ｂは、一対のすべり軸受１６によって、それぞれ回転自在に支持されている。
【００２２】
図２は、本発明の実施の形態１におけるすべり軸受１６の特徴的な構成を説明するための図である。より具体的には、図２（Ａ）は、すべり軸受１６を、当該すべり軸受１６が支持する回転体の軸部（本実施形態では、クランクジャーナル部１０ａおよびクランクピン部１０ｂが相当）の軸方向から見た図であり、図２（Ｂ）は、すべり軸受１６を、図２（Ａ）中のＢ−Ｂ線で切断した断面図であり、図２（Ｃ）は、図２（Ａ）中の矢印Ａの方向からすべり軸受１６を見た図である。尚、図２（Ｃ）においては、オーバレイ層１６ｃの図示が省略されている。
【００２３】
図２に示すように、すべり軸受１６は、ハウジング（本実施形態では、上述したエンジンブロック、クランクキャップ、ロッド部１４ａおよびキャップ部１４ｂが相当）１８に取り付けられている。図２（Ｂ）に示すように、すべり軸受１６は、ハウジング１８側から順に、圧延鋼板からなる裏金１６ａ、銅合金もしくはアルミニウム合金からなるライニング層（軸受合金層）１６ｂ、および、軟質金属や固体潤滑剤からなるオーバレイ層（めっき層）１６ｃが積層された構造を有している。
【００２４】
すべり軸受１６の内部には、作用する圧力に応じた電圧を生じさせる圧電素子２０と、と、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する熱電素子（例えば、ペルチェ素子）２２と、圧電素子２０と熱電素子２２とを電気的に接続する電子回路２４とが配置されている。熱電素子２２は、圧電素子２０の両端にそれぞれ配置されている。このような構成によって、熱電素子２２は、圧電素子２０が発生する電圧を利用して熱を発生するように構成されている。また、熱電素子２２は、発熱側の面がオーバレイ層１６ｃ側（すなわち、すべり軸受１６の摺動面側）を向くように配置されている。
【００２５】
また、図２（Ａ）に示すように、薄板状に形成された圧電素子２０および熱電素子２２は、Ｕ字型に形成されたすべり軸受１６の形状に沿って延びるようにして配置されている。より具体的には、上記の圧電素子２０、熱電素子２２および電子回路２４は、オーバレイ層１６ｃ側においてライニング層１６ｂに埋め込まれており、オーバレイ層１６ｃは、これらの圧電素子２０等がライニング層１６ｂに埋め込まれた状態ですべり軸受１６の最表面に設けられている。
【００２６】
また、内燃機関の運転中にクランクシャフト１０が回転する際、クランクジャーナル部１０ａおよびクランクピン部１０ｂには、各気筒における爆発力や遠心力が作用し、これらの力を各部に配置されたすべり軸受１６が受け止めることになる。そこで、すべり軸受１６における圧電素子２０の配置部位は、上記の力（特に爆発力）の影響で高い油膜圧力が作用する部位とすることが好ましい。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に配置するのが良い。これにより、圧電素子２０が油膜圧力を高い感度で検知できるようになる。
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。
【００２７】
図３は、潤滑油の動粘度と温度との関係を表した図である。
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。
【００２８】
図３に示すように、潤滑油の動粘度は、低温域において潤滑油温度が低くなるにつれ、急激に大きくなる特性を有している。このため、極低温時（−３０℃程度を想定）や低温始動時などのように、定常運転時よりも低い温度域での内燃機関の運転時には、潤滑油のせん断抵抗が大きくなるので、内燃機関のフリクションが大きくなり、その中でも、すべり軸受１６の摺動面におけるフリクションが大きく増加することになる。
【００２９】
図４は、本発明の実施の形態１におけるすべり軸受１６の構成による効果を説明するためのフローチャートである。
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子回路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。
【００３０】
また、図２に示すように、本実施形態の圧電素子２０および熱電素子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との間）に配置されている。このような構成によれば、すべり軸受１６の摺動面に非常に近い場所に圧電素子２０および熱電素子２２が存在することになる。このため、油膜圧力を感度良く検知することができる。また、クランクジャーナル部１０ａやクランクピン部１０ｂとすべり軸受１６との間に存在する潤滑油との距離が近いため、熱電素子２２が発生した熱を効率良く潤滑油に伝えることができる。
【００３１】
ところで、上述した実施の形態１においては、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、圧電素子２０および熱電素子２２を配置した例について説明を行った。しかしながら、本発明における圧電素子および熱電素子の具体的な配置部位は、上記のものに限定されるものではなく、例えば、以下の図５または図６を参照して説明するものであってもよい。
【００３２】
図５は、本発明の実施の形態１の第１変形例におけるすべり軸受３０の具体的な構成を説明するための図である。尚、図５において、上記図２に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
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。
【００３３】
上記図５に示す構成によれば、上記図２に示す構成のようにすべり軸受１６の内部に備える場合と比べ、すべり軸受３０に対する圧電素子２０および熱電素子２２の取り付けが容易となる。また、上記図２に示す構成と比べると、油膜圧力検知の感度および熱電素子２２の熱の伝達性は低くなるが、これらの素子２０、２２をより良く保護できるようになり、耐久性を向上させることができる。
【００３４】
図６は、本発明の実施の形態１の第２変形例におけるすべり軸受４０の具体的な構成を説明するための図である。尚、図６において、上記図２に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
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。
【００３５】
上記図６に示す構成によれば、圧電素子２０の十分な保護を図りつつ、熱電素子２２の熱を効率良く潤滑油に伝えられる構成を得ることができる。
【００３６】
実施の形態２．
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。
【００３７】
上述した実施の形態１におけるすべり軸受１６によれば、潤滑油温度が低い状況下では、圧電素子２０と熱電素子２２とを用いてすべり軸受１６の摺動面を加熱することにより、フリクションの低減を図ることができる。しかしながら、すべり軸受１６によれば、潤滑油温度が良好な温度に達している内燃機関の定常運転時においても、上記摺動面が加熱されることになる。その結果、潤滑油の粘度が過度に下がり、すべり軸受１６に焼付きや異常摩耗といった不具合が発生することが懸念される。
【００３８】
そこで、本実施形態のすべり軸受５０は、すべり軸受１６と同様に、圧電素子２０および熱電素子２２を備えたうえで、圧電素子２０と熱電素子２２とを電気的に接続する電子回路５２の途中に、サーモスタット（例えば、バイメタル）５４を備えるようにした。このサーモスタット５４は、すべり軸受５０の周辺の潤滑油温度が所定値α（定常運転時の温度）にまで上昇した際に動作し、圧電素子２０と熱電素子２２との電気的な接続が切断されるように構成されている。
【００３９】
図８は、本発明の実施の形態２におけるすべり軸受５０の構成による効果を説明するためのフローチャートである。
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。
【００４０】
また、高温時に電子回路２４を切断するための要素としてサーモスタット５４を用いたことにより、すべり軸受５０の周辺に備える構成のみを利用して、低温時にはすべり軸受５０のフリクション低減を図りつつ、定常運転時に上記不具合が発生するのを防止することが可能となる。
【００４１】
ところで、上述した実施の形態２においては、電子回路５２の途中にサーモスタット５４を利用したスイッチを組み込むことにより、潤滑油温度が所定値αにまで上昇した場合に、圧電素子２０と熱電素子２２との電気的な接続を切断するようにしている。しかしながら、本発明における高温時導通切断手段は、上記のような構成に限定されるものではない。すなわち、高温時導通切断手段は、例えば、内燃機関が備える油温センサにより検出される潤滑油温度が所定値（例えば、上記所定値α）にまで上昇した場合に、内燃機関を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）からの有線もしくは無線による指令に基づいて圧電素子と熱電素子との電気的な接続を切断するように動作するスイッチを、電子回路中に備えることにより実現される構成であってもよい。
【００４２】
実施の形態３．
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。
【００４３】
吸気通路７０の入口近傍には、吸気通路７０に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ７４が設けられている。エアフローメータ７４の下流には、スロットルバルブ７６が設けられている。また、スロットルバルブ７６の下流には、内燃機関６０の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁７８が配置されている。また、内燃機関６０が備えるシリンダヘッドには、燃焼室６８の頂部から燃焼室６８内に突出するように点火プラグ８０が取り付けられている。
【００４４】
クランクシャフト６６の近傍には、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ８２が配置されている。また、図９に示すシステムは、ＥＣＵ８４を備えている。ＥＣＵ８４の入力部には、上述したエアフローメータ７４およびクランク角センサ８２等の内燃機関６０の運転状態を検出するための各種センサが電気的に接続されている。また、ＥＣＵ８４の出力部には、上述したスロットルバルブ７６、燃料噴射弁７８および点火プラグ８０等の内燃機関６０を制御するための各種のアクチュエータが電気的に接続されている。ＥＣＵ８４は、それらのセンサ出力に基づいて、内燃機関６０の運転状態を制御する。
【００４５】
図１０は、本発明の実施の形態３におけるすべり軸受８６の特徴的な構成を説明するための図である。尚、図１０は、図２（Ｃ）と同様の方向からすべり軸受８６を見た図である。また、すべり軸受８６は、図１０を参照して説明する点を除き、基本的には図７に示すすべり軸受５０と同様に構成されているものとし、また、図１０においては、サーモスタット５４の図示を省略している。
【００４６】
より具体的には、図１０は、クランクジャーナル部６６ａのためのすべり軸受８６、すなわち、内燃機関６０の運転中に静止状態にあるハウジング（エンジンブロックやクランクキャップ）に取り付けられるすべり軸受８６を対象とした構成を示している。すなわち、図１０に示すすべり軸受８６に設けられた圧電素子２０および熱電素子２２は、電気配線８８を介してＥＣＵ８４に電気的に接続されており、これにより、ＥＣＵ８４は、作用する圧力に応じて圧電素子２０が発生する電圧を検知できるようになっている。尚、クランクジャーナル部６６ａのためのすべり軸受８６、すなわち、内燃機関６０の運転中に稼動状態にあるハウジング（コンロッド６４のロッド部やキャップ部）に取り付けられるすべり軸受８６の場合には、無線通信（例えば、電波）を利用して、圧電素子２０が発生する電圧をＥＣＵ８４が検知できるように構成することができる。
【００４７】
回転体の軸部を回転自在に支持するためにすべり軸受が用いられている場合、当該軸部とすべり軸受との間に異物が噛み込むことが原因で焼付きが生じたり、油膜温度の過度の上昇による焼付きや異常摩耗が生じたりするといった不具合が起こり得る。
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。
【００４８】
以上説明したような焼付きや異常摩耗といった不具合は、固体接触がトリガーとなって引き起こされることが多い。そして、固体接触時には、通常の油膜圧力よりも高くかつ異常な圧力がすべり軸受に作用することになる。このため、本実施形態のすべり軸受８６のように圧電素子２０を備えている場合には、圧電素子２０は固体接触時に通常よりも高い電圧を発生させることになる。
【００４９】
そこで、本実施形態では、内燃機関６０の運転中に、上述した構成を利用して圧電素子２０の電圧値をＥＣＵ８４に取り込むようにした。そして、ＥＣＵ８４によって検知された圧電素子２０の電圧が所定値β以上である場合には、すべり軸受８６に上記不具合が生じ得る異常な状況にあると判断（予測）し、内燃機関６０の負荷（筒内圧）が低減されるように内燃機関６０を制御するようにした（Ｅｎｇ負荷制御）。具体的には、例えば、燃料噴射量を減らしたり、スロットル開度を絞ることによって吸入空気量を減らしたりするようにした。
【００５０】
更に、本実施形態では、異常時に内燃機関６０の負荷を低減するための上記制御が行われた後においても、圧電素子２０の電圧が未だ上記所定値β以上であると認められる場合には、エンジン回転数が低減されるように内燃機関６０を制御するようにした（Ｅｎｇ回転数制御）。具体的には、当該Ｅｎｇ回転数制御としては、例えば、各気筒への燃料供給のカット、ＥＣＵ８４からの指令に基づいて車両のブレーキを制御可能な構成の場合には車両のブレーキを掛ける処理、または、内燃機関６０に組み合されるトランスミッションのギア比を高いギア比に変更する処理が該当する。
【００５１】
図１１は、上記の機能を実現するために、本実施の形態３においてＥＣＵ８４が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。
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。
【００５２】
上記ステップ１０２において圧電素子２０の電圧が上記所定値β以上であると判定された場合には、上記Ｅｎｇ負荷制御、より具体的には、燃料噴射量を減らす制御もしくはスロットル開度を絞ることによる吸入空気量の減らす制御が実行される（ステップ１０４）。
【００５３】
次に、上記ステップ１０４における上記Ｅｎｇ負荷制御が行われてから所定時間が経過した後に、圧電素子２０の電圧が未だ上記所定値β以上であるか否かが判定される（ステップ１０６）。その結果、本ステップ１０６における判定が成立する場合、すなわち、上記Ｅｎｇ負荷制御の実行によっても過大な電圧が収まらないと判断できる場合には、上記Ｅｎｇ回転数制御、より具体的には、例えば、フューエルカット、車両のブレーキを掛ける処理、または、内燃機関６０に組み合されるトランスミッションのギア比を高いギア比に変更する処理が実行される（ステップ１０８）。
【００５４】
図１２は、本発明の実施の形態３におけるすべり軸受８６の構成およびこれを用いた異常時の制御（上記Ｅｎｇ負荷制御やＥｎｇ回転数制御）による効果を説明するためのフローチャートである。
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。
【００５５】
本実施形態では、この場合には、上記図１１に示すルーチンによる上記Ｅｎｇ負荷制御が実行される。これにより、すべり軸受８６に加わる負荷を抑えることができるので、固定接触時の発生熱量を抑えることができる。このため、油膜温度の低下による油膜厚さの増加（回復）および固定接触部の穏やかな摩耗を促すことができる。更に、上記Ｅｎｇ負荷制御のみでは対策として不十分な場合には、上記Ｅｎｇ回転数制御が実行される。これにより、より積極的に、油膜温度の低下による油膜厚さの増加（回復）および単位時間当たりの固定接触部の摩耗量の減少を図ることができる。また、異常時に上記Ｅｎｇ負荷制御や上記Ｅｎｇ回転数制御が行われた場合には、図１２に示すように、圧電素子２０の電圧が正常値に向けて減少するようになる。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態のすべり軸受８６およびそれを用いた上記Ｅｎｇ負荷制御およびＥｎｇ回転数制御によれば、異物の噛み込みや油膜温度の過度な温度上昇に起因する焼付きや異常摩耗といった、すべり軸受８６の性能を損なうような不具合の発生を予測したうえで、当該不具合を速やかに回避（防止）することが可能となる。
【００５７】
ところで、上述した実施の形態３においては、圧電素子２０とともに熱電素子２２を備えることにより低温時において潤滑油の加熱が可能なすべり軸受８６に対して、圧電素子２０の電圧を利用したすべり軸受８６の異常検出を行う点について説明を行った。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、圧電素子の電圧を利用したすべり軸受の異常検出を行ううえでは、すべり軸受８６のように熱電素子２２をも備えたものではなくてもよく、ＥＣＵによって圧電素子の電圧を検知可能に構成されたすべり軸受であればよい。
【００５８】
尚、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ８４が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第４の発明における「電圧検知手段」が、上記ステップ１０２および１０４の処理を実行することにより前記第４の発明における「負荷制御手段」が、それぞれ実現されている。
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。
【符号の説明】
【００５９】
１０、６６ クランクシャフト
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 電子回路
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)
８８ 電気配線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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子回路と、
を備えることを特徴とするすべり軸受。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項１】
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子回路と、
を備えることを特徴とするすべり軸受。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１２２３９３（Ｐ２０１２−１２２３９３Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７３４１６（Ｐ２０１０−２７３４１６）
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００２０７７９１）大豊工業株式会社 (152)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００２０７７９１）大豊工業株式会社 (152)
【Ｆターム（参考）】
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