軸受保護装置
【課題】内燃機関のカムシャフトを支持する転がり軸受を好適に保護する。
【解決手段】内燃機関のカムシャフト４を支持する転がり軸受３０を保護するための軸受保護装置に関する。軸受保護装置は、バルブリフトを可変にするためのバルブリフト可変機構５０と、バルブリフト可変機構５０に油圧を供給するための油路２０と、転がり軸受３０および油路を連通する連通路Ｒと、連通路Ｒに設けられ、転がり軸受３０の異常振動に応答して機械的に開弁する保護弁４０とを備える。保護弁４０の開弁時に油路のオイルが転がり軸受３０に供給される。またバルブリフト可変機構５０が高リフト側になるのを防止し、転がり軸受３０に対するバルブリフト荷重を低減できる。
【解決手段】内燃機関のカムシャフト４を支持する転がり軸受３０を保護するための軸受保護装置に関する。軸受保護装置は、バルブリフトを可変にするためのバルブリフト可変機構５０と、バルブリフト可変機構５０に油圧を供給するための油路２０と、転がり軸受３０および油路を連通する連通路Ｒと、連通路Ｒに設けられ、転がり軸受３０の異常振動に応答して機械的に開弁する保護弁４０とを備える。保護弁４０の開弁時に油路のオイルが転がり軸受３０に供給される。またバルブリフト可変機構５０が高リフト側になるのを防止し、転がり軸受３０に対するバルブリフト荷重を低減できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軸受保護装置に係り、特に、内燃機関のカムシャフトを支持する転がり軸受を保護するための軸受保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関のカムシャフトをすべり軸受に代わって転がり軸受で支持する構造が検討されている。転がり軸受はすべり軸受よりも構造が複雑であるため、特にカムシャフト支持部のような振動の多い環境下では、損傷を防止或いは抑制すべく積極的に保護する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４７４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、かかる状況に鑑みて創案されたものであり、その一の目的は、内燃機関のカムシャフトを支持する転がり軸受を好適に保護し得る軸受保護装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一の態様によれば、
内燃機関のカムシャフトを支持する転がり軸受を保護するための軸受保護装置であって、
バルブリフトを可変にするためのバルブリフト可変機構と、
前記バルブリフト可変機構に油圧を供給するための油路と、
前記転がり軸受および前記油路を連通する連通路と、
前記連通路に設けられ、前記転がり軸受の異常振動に応答して機械的に開弁する保護弁と、
を備えたことを特徴とする軸受保護装置が提供される。
【０００６】
好ましくは、前記バルブリフト可変機構は、供給油圧が高いときに高リフト側に切り替わり、供給油圧が低いときに低リフト側に切り替わる。
【０００７】
好ましくは、前記軸受保護装置が、
前記内燃機関の実際の吸入空気量を検出する検出手段と、
前記内燃機関の吸入空気量を推定する推定手段と、
前記バルブリフト可変機構を高リフト側に切り替えるための高リフト要求があったとき、前記検出手段によって検出された実際の吸入空気量と、前記推定手段によって推定された推定吸入空気量とを比較し、その比較結果に応じて前記転がり軸受が正常か異常かを診断する診断手段と、
をさらに備える。
【０００８】
好ましくは、前記軸受保護装置が、
前記油路に油圧を供給するための可変油圧ポンプと、
前記油路に設けられた制御弁と、
前記診断手段によって前記転がり軸受が異常と診断されたとき、前記制御弁を常時開弁し、前記可変油圧ポンプをその吐出油量が所定値以下に制限されるよう制御する制御手段と、
をさらに備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、内燃機関のカムシャフトを支持する転がり軸受を好適に保護することができるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る内燃機関を示す概略図である。
【図２】本実施形態の要部を示す概略断面図である。
【図３】軸受保護装置の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】第１変形例を示す概略断面図である。
【図５】第２変形例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好適実施形態を添付図面に基づき説明する。
【００１２】
図１に、本実施形態に係る内燃機関を示す。内燃機関（エンジン）１は、自動車用多気筒エンジン（１気筒のみ図示）であり、ピストン、コンロッド、クランクシャフト等を収容するエンジン本体２を有する。エンジン本体２のシリンダヘッド３内には吸気カムシャフト４と排気カムシャフト５が収容されている。これら吸気カムシャフト４および排気カムシャフト５はそれぞれ図示しない吸気弁および排気弁を開閉するものである。
【００１３】
エンジン本体２には吸気通路６と排気通路７が接続されている。吸気通路６にはサージタンク８、スロットルバルブ９およびエアフィルタ１０が設けられている。
【００１４】
エンジン１のクランクシャフトにより駆動される可変油圧ポンプ１１が設けられ、この可変油圧ポンプ１１はオイルパン１７に貯留されたオイルＯを吸引し、吐出する。可変油圧ポンプ１１はその容量が可変である。吸気カムシャフト４の内部にシャフト内油路２０が設けられ（図２参照）、このシャフト内油路２０と可変油圧ポンプ１１とがオイル配管１２により接続されている。オイル配管１２にこれを開閉する制御弁１３が設けられている。なお制御弁１３の設置位置はこれに限らず、オイル配管１２とシャフト内油路２０の接続部としても良い。シャフト内油路２０とオイル配管１２により本発明の油路が形成される。
【００１５】
可変油圧ポンプ１１と制御弁１３が電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００により制御される。またＥＣＵ１００には、エンジン１の実際の吸入空気量を検出するためのエアフローメータ１４と、エンジン回転速度を検出するためのクランク角センサ１５と、スロットルバルブ９の開度を検出するためのスロットル開度センサ１６とが接続されている。
【００１６】
図２には、シリンダヘッド３の上面部上に配置された吸気カムシャフト４の周辺構造を示す。なお以下の説明において、吸気カムシャフト４の中心軸Ｃに対し半径方向外側を図２の様子に対応させて「上」ともいい、半径方向内側を「下」ともいう。また中心軸Ｃの方向を単に「軸方向」ともいい、軸方向において図２の右側を「前」、図２の左側を「後」ともいう。
【００１７】
吸気カムシャフト４の内部には、その軸方向に沿ってシャフト内油路２０が設けられている。吸気カムシャフト４は複数（一つのみ図示）の転がり軸受（図示例ではローラベアリング）３０によって回転可能に支持されている。また吸気カムシャフト４には、吸気弁のバルブリフトを可変にするためのバルブリフト可変機構５０が気筒毎に配設されている。
【００１８】
転がり軸受３０は、吸気カムシャフト４の外周部に嵌められる内輪３１と、内輪３１の半径方向外側に位置された外輪３２と、これら内外輪の間に配置された転動体としての複数のローラ３３と、これら複数のローラ３３を周方向等ピッチに保持する保持器３４とを有する。
【００１９】
特に本実施形態の場合、軸方向に隣接する一対の転がり軸受を共通の外輪３２で一体化するように構成されており、外輪３２の軸方向中間部には半径方向内側に突出する中間壁３５が設けられている。そしてこの中間壁３５の軸方向両側（前後）のスペースに、それぞれローラ３３、内輪３１および保持器３４が設けられている。
【００２０】
バルブリフト可変機構５０は、吸気カムシャフト４に固設された低リフト側カム（以下、ローカムという）５１と、ローカム５１に隣接され、吸気カムシャフト４に対し半径方向に出没可能な高リフト側カム（以下、ハイカムという）５２と、これらローカム５１およびハイカム５２を適宜連結する連結ピン５３と、ハイカムシリンダ５４内に設けられたバネ５５およびバネ座５６とを備える。
【００２１】
ハイカム５２の半径方向内側にはガイドピン５７とバネ５８が設けられ、ハイカム５２はバネ５８によって半径方向外側に常時付勢されている。ガイドピン５７は、その一端（図中上端）がハイカム５２に固定されており、吸気カムシャフト４を径方向に貫通するガイド穴５９内をフリーに移動できる。ハイカム５２の半径方向内側への没入移動を許容するため、吸気カムシャフト４には没入穴６０が設けられている。ガイドピン５７の他端（図中下端）はハイカム５２の穴６１にフリーに挿入されている。
【００２２】
連結ピン５３は、ローカム５１内に設けられたローカムシリンダ５７にピストンの如く軸方向摺動可能に配設されている。連結ピン５３の軸方向後方においてローカムシリンダ５７はシャフト内油路２０に連通されている。
【００２３】
シャフト内油路２０からローカムシリンダ５７に油圧が送られると、図示するように、連結ピン５３が軸方向前方（図の右側）に動き、バネ座５６を介してバネ５５を圧縮し、連結ピン５３の前端部がハイカムシリンダ５４内に挿入される。こうしてローカム５１とハイカム５２が連結ピン５３によって連結され、ハイカム５２はローカム５１よりも半径方向外側に突出するようになる。そしてバルブリフト可変機構５０は、ハイカム５２によって吸気弁の開閉を行う高リフト側に切り替えられることとなる。
【００２４】
他方、図示しないが、ローカムシリンダ５７から油圧が排出されると、連結ピン５３がバネ５５に押されて軸方向後方（図の左側）に戻され、連結ピン５３の前端部がハイカムシリンダ５４から抜かれる。こうなるとローカム５１とハイカム５２とは非連結状態となり、ハイカム５２はフリー状態となる。このときハイカム５２が無負荷であれば、ハイカム５２はバネ５８に押されて図示するような突出状態となるが、ハイカム５２に吸気弁押し下げ時のバルブリフト荷重が加わると、ハイカム５２はバネ５８を圧縮して没入穴６０内に没入した状態となる。こうしてバルブリフト可変機構５０は、ローカム５１によって吸気弁の開閉を行う低リフト側に切り替えられることとなる。
【００２５】
図２にも概略的に示されているように、シャフト内油路２０の上流側には制御弁１３が設けられ、さらにその上流側には可変油圧ポンプ１１が設けられている。エンジン運転時、可変油圧ポンプ１１は制御弁１３に油圧ないしオイルを供給する。ＥＣＵ１００は、エンジン運転状態に基づき制御弁１３を開閉制御し、これによりバルブリフト可変機構５０を切替制御する。
【００２６】
バルブリフト可変機構５０を高リフト側に切り替えるための高リフト要求があるとき、ＥＣＵ１００は制御弁１３を開弁し、可変油圧ポンプ１１からの油圧をシャフト内油路２０を通じてローカムシリンダ５７に供給させる。これにより前記したようにバルブリフト可変機構５０は高リフト側に切り替わる。
【００２７】
他方、バルブリフト可変機構５０を低リフト側に切り替えるための低リフト要求があるとき、ＥＣＵ１００は制御弁１３を閉弁する。すると可変油圧ポンプ１１からの油圧はシャフト内油路２０に送られなくなり、同時に、シャフト内油路２０およびローカムシリンダ５７内の油圧は、制御弁１３の排出ポートからオイルパン１２に向けて排出される。これにより前記したようにバルブリフト可変機構５０は低リフト側に切り替わる。
【００２８】
本実施形態ではエンジン回転速度に応じてバルブリフト可変機構５０を切り替えるようにしており、エンジン回転速度が所定値未満のときにはバルブリフト可変機構５０を低リフト側に切り替え、エンジン回転速度が所定値以上のときにはバルブリフト可変機構５０を高リフト側に切り替えるようにしている。なおエンジン回転速度に加え、エンジン負荷にも応じてバルブリフト可変機構５０を切り替えるようにしてもよい。この場合、エンジン負荷が所定値未満のときには低リフト側に、エンジン負荷が所定値以上のときには高リフト側に、バルブリフト可変機構５０を切り替える。
【００２９】
さて、本実施形態においては転がり軸受３０を保護するための装置が設けられており、以下これについて詳細に説明する。
【００３０】
転がり軸受３０は、シリンダヘッド３の上面に立設された軸受ボス（図示せず）と、軸受ボスに上方からボルト等によって取り付けられる軸受キャップ２１とにより、上下から挟持されるようになっている。そして軸受キャップ２１の内部には、逆止弁からなる保護弁４０が設けられている。
【００３１】
保護弁４０は、軸受キャップ２１の内部に設けられた弁穴４１と、弁穴４１の内部に配置されたボールからなる弁体４２とを備える。弁穴４１は、カムシャフト半径方向すなわち図の上下方向に延びる中心軸を有し、その上端はプラグ２２で塞がれている。弁穴４１の下端にはテーパ面状の弁座４３が形成され、弁体４２は弁座４３に常時押し付けられるようコイルバネ４４によって付勢されている。コイルバネ４４は、プラグ２２と弁体４２の間に圧縮状態で配置され、プラグ２２から突出されたガイド軸２３の周りに配置されている。
【００３２】
外輪３２の中間壁３５には上下に延びる中間壁穴３６が設けられている。中間壁穴３６の上端は弁座４３の中心部に開放され、中間壁穴３６の下端は中間壁３５の下端面ないし内周面に開放されている。この中間壁穴３６の下端に連通するよう、シャフト内油路２０から分岐された分岐油路２４が、軸方向のほぼ同じ位置にて吸気カムシャフト４の外周面で開放されている。これら開放端同士の隙間は、中間壁穴３６の下端の前後両側に設けられたシールリング３８によってシールされる。
【００３３】
一方、弁穴４１と、軸方向前後のローラ３３とを連通する各一対のキャップ穴２５および外輪穴３７が、軸受キャップ２１および外輪３２にそれぞれ設けられる。
【００３４】
この構成によれば、分岐油路２４、中間壁穴３６、キャップ穴２５および外輪穴３７が、連通路Ｒを形成する。そしてこの連通路Ｒに保護弁４０が設けられていることとなる。これら連通路Ｒおよび保護弁４０内には常時オイルが満たされている。
【００３５】
本実施形態の作動に関して、通常、弁体４２が弁座４３に押し付けられ、保護弁４０が閉弁状態にある。バルブリフト可変機構５０を高リフト側に切り替えるべくシャフト内油路２０に油圧が供給されたとしても、保護弁４０は閉弁状態に維持される。従って通常は保護弁４０がバルブリフト可変機構５０の作動に何等影響を及ぼさない。
【００３６】
しかし、転がり軸受３０に、ローラ３３が偏摩耗したり脱落しかけたりするなどの異常（特に初期異常）が発生すると、転がり軸受３０に異常振動が発生し、弁体４２とローラ３３の間の連通路Ｒ内の油圧（すなわち弁穴４１、キャップ穴２５および外輪穴３７内の油圧）が著しく変動する。このとき、弁穴４１内の油圧が低下したタイミングで、弁体４２がコイルバネ４４の力に逆らって上方に動き、保護弁４０が開弁する。
【００３７】
こうなると、シャフト内油路２０のオイルが連通路Ｒおよび保護弁４０を通過して転がり軸受３０（特にそのローラ３３）に流れ、転がり軸受３０が積極的に給油されるようになる。よって、転がり軸受３０の摩耗進行や異音発生を防止あるいは抑制でき、転がり軸受３０を保護し、ひいてはその延命を図ることができる。
【００３８】
一方、このときシャフト内油路２０の油圧が低下するため、たとえ高リフト要求があったときでもバルブリフト可変機構５０が実際に高リフト側に切り替わるのを抑制あるいは防止し、バルブリフト可変機構５０を可能な限り低リフト側に維持することができる。そして、転がり軸受３０に対するバルブリフト荷重を低減し、このことによっても転がり軸受３０を保護することができる。
【００３９】
このように、転がり軸受３０の異常振動に応答して機械的に開弁する保護弁４０を設けたので、転がり軸受３０を好適に保護することが可能である。
【００４０】
ところで、かかる保護弁４０を設けた結果、転がり軸受３０の異常振動発生時にバルブリフト量が正常時から変化する。従ってこの変化を検知することによって転がり軸受３０の異常を検知することが可能である。
【００４１】
本実施形態では、エンジン１の実際の吸入空気量をエアフローメータ１４により検出すると共に、エンジン１の吸入空気量を別途ＥＣＵ１００によりエンジン運転状態に基づいて推定する。そして、バルブリフト可変機構５０を高リフト側に切り替えるための高リフト要求があったとき、検出された実際の吸入空気量と推定された推定吸入空気量とを比較する。この比較結果に応じて転がり軸受３０が正常か異常かを診断する。
【００４２】
高リフト要求があったとき、転がり軸受３０の正常時であればバルブリフト可変機構５０が高リフト側に切り替えられ、実際の吸入空気量は多くなる。しかし、転がり軸受３０が異常だとバルブリフト可変機構５０が高リフト側に切り替えられず、実際の吸入空気量は正常時より少なくなる。よって実際の吸入空気量と推定吸入空気量とを比較し、前者が後者より少なければ、転がり軸受３０を異常と判定することができる。
【００４３】
ここで、推定吸入空気量は、例えばクランク角センサ１５により検出されたエンジン回転速度と、スロットル開度センサ１６により検出されたスロットル開度とに基づき、所定のマップから推定される。但し推定の基礎となるパラメータはこれら以外のものを用いてもよい。当然に、推定される吸入空気量の値は、転がり軸受３０が正常という前提条件の下で算出される値である。
【００４４】
ここで別法として、転がり軸受３０の異常振動を振動センサで検知して転がり軸受の異常を診断することが考えられる（例えば特許文献１参照）。しかしこれだと、振動の多いシリンダヘッド内に、転がり軸受毎に振動センサを設けなければならず、また各振動センサからＥＣＵに至る複数のワイヤーハーネスを設けなければならない。よって、振動センサの故障やワイヤーハーネス断線の虞があり、振動センサの出力信号に多大なノイズが加わって誤検出する虞もある。さらに振動センサで異常振動を検知したときに転がり軸受に給油する給油装置を設けたとすると、給油装置を構成する弁や配管を転がり軸受周辺に設置しなければならず、構造が著しく複雑化し、周辺構造の剛性低下により軸受が故障しやすくなる可能性もある。
【００４５】
本実施形態では、シリンダヘッド内に電気的構成を設けずに転がり軸受の異常を診断している。よってこれらの問題を一挙に解決することが可能である。
【００４６】
ところで、転がり軸受３０が異常と診断されたとき、転がり軸受３０に対するバルブリフト荷重をできるだけ低減するのが好ましい。このため、本実施形態では、転がり軸受３０が異常と診断されたとき、ＥＣＵ１００により制御弁１３を常時開弁し、且つ可変油圧ポンプ１１をその吐出油量が所定値以下に制限されるよう制御することとしている。
【００４７】
制御弁１３を常時開弁すると、高リフト要求があった場合のみならず、低リフト要求があった場合にも、可変油圧ポンプ１１からバルブリフト可変機構５０に油圧が供給されるようになる。ここで可変油圧ポンプ１１はクランクシャフトによって駆動されるものであり、その容量が一定ならば、クランクシャフトの回転上昇（すなわちエンジン回転速度上昇）とともに、単位時間当たりに吐出される油量は増加する。従ってバルブリフト可変機構５０に供給される油圧が上昇し、バルブリフト可変機構５０が高リフト側に切り替わって、転がり軸受３０に対するバルブリフト荷重が増大する虞がある。
【００４８】
しかし、本実施形態では、バルブリフト可変機構５０が高リフト側に切り替わらないよう、エンジン回転速度上昇時に可変油圧ポンプ１１の容量を低下させ、可変油圧ポンプ１１の吐出油量を所定値以下に制限する。
【００４９】
こうすることで、バルブリフト可変機構５０を低リフト側に維持し、転がり軸受３０に対するバルブリフト荷重の増大を防止することができる。また制御弁１３を常時開弁するので、可変油圧ポンプ１１から吐出されたオイルを常時積極的に転がり軸受３０に供給することができ、転がり軸受３０のより積極的な保護を図ることができる。
【００５０】
図３に、本実施形態に係る軸受保護装置の制御ルーチンを示す。このルーチンはＥＣＵ１００により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００５１】
まずステップＳ１０１では、異常フラグがオンであるか否かが判断される。ノーのときはステップＳ１０２に進み、イエスのときはステップＳ１０８に進む。
【００５２】
ステップＳ１０２では、高リフト要求があるか否かが判断される。すなわちＥＣＵ１００は、検出された実際のエンジン回転速度が所定値（例えば４０００ｒｐｍ）以上のときには高リフト要求ありと判断し、実際のエンジン回転速度が所定値未満のときには高リフト要求なし（すなわち低リフト要求あり）と判断する。
【００５３】
高リフト要求なしと判断された場合、ステップＳ１０３に進んで制御弁１３が閉弁される。これにより可変油圧ポンプ１１からの油圧はバルブリフト可変機構５０に供給されず、バルブリフト可変機構５０は低リフト側とされる。
【００５４】
他方、高リフト要求ありと判断された場合には、ステップＳ１０４に進んで制御弁１３が開弁される。これにより可変油圧ポンプ１１からの油圧がバルブリフト可変機構５０に供給されるようになり、バルブリフト可変機構５０は高リフト側とされる。
【００５５】
次いでステップＳ１０５では、検出された実際の吸入空気量Ｇａと、推定された推定吸入空気量Ｇａｅとが比較される。具体的には、推定吸入空気量Ｇａｅから実際の吸入空気量Ｇａを減じてなる差Ｇａｅ−Ｇａが、所定値α（＞０）より大きいか否かが判断される。
【００５６】
Ｇａｅ−Ｇａ＞αの場合、実際の吸入空気量Ｇａが推定吸入空気量Ｇａｅより顕著に少なく、その原因は転がり軸受３０の異常にあるとみなして、ステップＳ１０６で異常フラグがオンされる。これにより転がり軸受３０は異常と診断される。この場合、警告灯を点灯するなどして異常の事実をユーザに知らせるのが好ましい。
【００５７】
他方、Ｇａｅ−Ｇａ≦αの場合、実際の吸入空気量Ｇａが推定吸入空気量Ｇａｅにほぼ等しく、転がり軸受３０は正常とみなして、ステップＳ１０７で異常フラグがオフされる。これにより転がり軸受３０は正常と診断される。
【００５８】
一方、ステップＳ１０１で異常フラグがオンと判断された場合、すなわち転がり軸受３０が既に異常と診断されている場合、ステップＳ１０８に進んで制御弁１３が開弁される。
【００５９】
そしてステップＳ１０９に進んで、バルブリフト可変機構５０が高リフト側に切り替わらないよう、可変油圧ポンプ１１の容量ひいては吐出油量が制御され、その吐出油量が所定値以下に制限される。特にバルブリフト可変機構５０を高リフト側に切り替えてしまうようなエンジン回転速度のときに、可変油圧ポンプ１１の容量が正常時よりも低下され、その吐出油量が低下される。なお容量を低下させる代わりに、入力回転速度に対するポンプインペラ回転速度を低下させるようにしても良い。
【００６０】
これによりバルブリフト可変機構５０の高リフト側への切り替えを防止し、転がり軸受３０をより積極的に保護することができる。
【００６１】
次に、他の実施形態について説明する。
【００６２】
図４には、第１変形例を示す。この第１変形例は、図２に示した基本実施形態と比較して、保護弁周辺の構造が異なるのみである。よって同一の構成要素には図中同一符号を付し、説明を省略する。
【００６３】
この第１変形例にあっては、基本実施形態と比較して、保護弁４０Ａにおける弁体４２の配置が上下逆であり、弁体４２はコイルバネ４４によって上方のテーパ状弁座４３に常時押し付けられるよう付勢されている。これら弁体４２およびコイルバネ４４は、軸受キャップ２１の内部に設けられた上下に延びる弁穴４１に収容されている。
【００６４】
弁座４３は、弁穴４１を上方から塞ぐプラグ２２Ａの下面に形成されている。プラグ２２Ａの内部にはプラグ内油穴２６が形成されている。プラグ内油穴２６は、弁座４３の中心部に開放されると共に、二つのキャップ穴２５にも開放され、弁穴４１と二つのキャップ穴２５とを連通する。
【００６５】
この構成によれば、分岐油路２４、中間壁穴３６、プラグ内油穴２６、キャップ穴２５および外輪穴３７が、連通路ＲＡを形成する。そしてこの連通路ＲＡに保護弁４０Ａが設けられていることとなる。
【００６６】
この第１変形例の作動に関して、通常、弁体４２が弁座４３に押し付けられ、保護弁４０Ａが閉弁状態にある。そして仮に制御弁１３が開弁されているとすると、エンジン回転速度が上昇するにつれ可変油圧ポンプ１１からの供給油圧が高まり、当該供給油圧により弁体４２を閉弁方向に付勢する力（すなわち閉弁力）が高まる。
【００６７】
転がり軸受３０が正常だが、エンジン回転上昇と共に転がり軸受３０（特にローラ３３）の振動が大きくなった場合、その振動によって弁体４２およびローラ３３間の油圧変動が大きくなり、基本実施形態の場合だとその油圧変動により弁体４２が誤って開弁してしまう虞がある。
【００６８】
しかし、第１変形例の場合だと、エンジン回転上昇と共に閉弁力が高まるので、弁体４２が誤って開弁するのを防止することができる。
【００６９】
他方、第１変形例の場合、エンジン回転速度が低いときには閉弁力も低いので、転がり軸受３０の異常時、エンジン回転速度が低くローラ３３の振動が小さい場合でも、その振動により弁体４２を開弁し、ローラ３３への給油を実行することが可能である。
【００７０】
図５には、第２変形例を示す。この第２変形例は、図４に示した第１変形例と比較して、保護弁の構造が異なるのみである。よって同一の構成要素には図中同一符号を付し、説明を省略する。
【００７１】
この第２変形例にあっては、第１変形例と比較して、保護弁４０Ｂにおける弁体４２がさらに１個追加されている点が異なる。すなわち、追加の下側弁体４２Ｂは、コイルバネ４４によって下方のテーパ状下側弁座４３Ｂに常時押し付けられるよう付勢されている。第１変形例にもあった上側弁体４２と、追加の下側弁体４２Ｂと、コイルバネ４４とは、軸受キャップ２１の内部に設けられた弁穴４１Ｂに収容されている。コイルバネ４４は上側弁体４２と下側弁体４２Ｂとの間に、互いを対応する弁座に押し付けるよう配置されている。下側弁座４３Ｂは、図２に示した基本実施形態と同様、弁穴４１Ｂの下端に形成されている。
【００７２】
この第２変形例の作動に関して、仮に制御弁１３が開弁されているとすると、シャフト内油路２０の油圧が下側弁体４２Ｂを開弁させるような圧力（すなわち開弁圧）に達したとき、下側弁体４２Ｂが開弁され、オイルが弁穴４１Ｂ内に供給される。また制御弁１３が閉弁されたり、シャフト内油路２０の油圧が開弁圧より低下したりすると、下側弁体４２Ｂが閉弁され、オイルが弁穴４１Ｂ内に残留される。
【００７３】
つまり、弁穴４１Ｂ内には加圧オイルが常時充満されていることになる。よって仮に、制御弁１３の閉弁時に転がり軸受３０の異常振動が発生したとしても、上側弁体４２を開いて、弁穴４１Ｂ内の加圧オイルを転がり軸受３０に供給できる。よって転がり軸受３０の好適な保護を図ることができる。
【００７４】
本発明はさらなる他の実施形態を採ることも可能である。例えば内燃機関の用途や形式等は任意であり、自動車用以外であってもよい。本発明が適用される転がり軸受は排気カムシャフトを支持するものであってもよいし、ボールベアリング等からなってもよい。バルブリフト可変機構の種類や構造も任意であり、上述のものに限定されない。上記オイル配管１２の代わりに、エンジン本体内に形成した油路によって、可変油圧ポンプからのオイルをシャフト内油路に導いても良い。またバルブリフト可変機構に油圧を供給する油路は、シャフト内油路とせず、独立配管としてもよい。油圧ポンプは可変式が好ましいが、必ずしもそうでなくてもよい。
【００７５】
本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１ 内燃機関
４ 吸気カムシャフト
１１ 可変油圧ポンプ
１２ オイル配管
１３ 制御弁
１４ エアフローメータ
１５ クランク角センサ
１６ スロットル開度センサ
２０ シャフト内油路
３０ 転がり軸受
３１ 内輪
３２ 外輪
３３ ローラ
３４ 保持器
５０ バルブリフト可変機構
４０，４０Ａ，４０Ｂ 保護弁
Ｒ，ＲＡ 連通路
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は軸受保護装置に係り、特に、内燃機関のカムシャフトを支持する転がり軸受を保護するための軸受保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関のカムシャフトをすべり軸受に代わって転がり軸受で支持する構造が検討されている。転がり軸受はすべり軸受よりも構造が複雑であるため、特にカムシャフト支持部のような振動の多い環境下では、損傷を防止或いは抑制すべく積極的に保護する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４７４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、かかる状況に鑑みて創案されたものであり、その一の目的は、内燃機関のカムシャフトを支持する転がり軸受を好適に保護し得る軸受保護装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一の態様によれば、
内燃機関のカムシャフトを支持する転がり軸受を保護するための軸受保護装置であって、
バルブリフトを可変にするためのバルブリフト可変機構と、
前記バルブリフト可変機構に油圧を供給するための油路と、
前記転がり軸受および前記油路を連通する連通路と、
前記連通路に設けられ、前記転がり軸受の異常振動に応答して機械的に開弁する保護弁と、
を備えたことを特徴とする軸受保護装置が提供される。
【０００６】
好ましくは、前記バルブリフト可変機構は、供給油圧が高いときに高リフト側に切り替わり、供給油圧が低いときに低リフト側に切り替わる。
【０００７】
好ましくは、前記軸受保護装置が、
前記内燃機関の実際の吸入空気量を検出する検出手段と、
前記内燃機関の吸入空気量を推定する推定手段と、
前記バルブリフト可変機構を高リフト側に切り替えるための高リフト要求があったとき、前記検出手段によって検出された実際の吸入空気量と、前記推定手段によって推定された推定吸入空気量とを比較し、その比較結果に応じて前記転がり軸受が正常か異常かを診断する診断手段と、
をさらに備える。
【０００８】
好ましくは、前記軸受保護装置が、
前記油路に油圧を供給するための可変油圧ポンプと、
前記油路に設けられた制御弁と、
前記診断手段によって前記転がり軸受が異常と診断されたとき、前記制御弁を常時開弁し、前記可変油圧ポンプをその吐出油量が所定値以下に制限されるよう制御する制御手段と、
をさらに備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、内燃機関のカムシャフトを支持する転がり軸受を好適に保護することができるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る内燃機関を示す概略図である。
【図２】本実施形態の要部を示す概略断面図である。
【図３】軸受保護装置の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】第１変形例を示す概略断面図である。
【図５】第２変形例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好適実施形態を添付図面に基づき説明する。
【００１２】
図１に、本実施形態に係る内燃機関を示す。内燃機関（エンジン）１は、自動車用多気筒エンジン（１気筒のみ図示）であり、ピストン、コンロッド、クランクシャフト等を収容するエンジン本体２を有する。エンジン本体２のシリンダヘッド３内には吸気カムシャフト４と排気カムシャフト５が収容されている。これら吸気カムシャフト４および排気カムシャフト５はそれぞれ図示しない吸気弁および排気弁を開閉するものである。
【００１３】
エンジン本体２には吸気通路６と排気通路７が接続されている。吸気通路６にはサージタンク８、スロットルバルブ９およびエアフィルタ１０が設けられている。
【００１４】
エンジン１のクランクシャフトにより駆動される可変油圧ポンプ１１が設けられ、この可変油圧ポンプ１１はオイルパン１７に貯留されたオイルＯを吸引し、吐出する。可変油圧ポンプ１１はその容量が可変である。吸気カムシャフト４の内部にシャフト内油路２０が設けられ（図２参照）、このシャフト内油路２０と可変油圧ポンプ１１とがオイル配管１２により接続されている。オイル配管１２にこれを開閉する制御弁１３が設けられている。なお制御弁１３の設置位置はこれに限らず、オイル配管１２とシャフト内油路２０の接続部としても良い。シャフト内油路２０とオイル配管１２により本発明の油路が形成される。
【００１５】
可変油圧ポンプ１１と制御弁１３が電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００により制御される。またＥＣＵ１００には、エンジン１の実際の吸入空気量を検出するためのエアフローメータ１４と、エンジン回転速度を検出するためのクランク角センサ１５と、スロットルバルブ９の開度を検出するためのスロットル開度センサ１６とが接続されている。
【００１６】
図２には、シリンダヘッド３の上面部上に配置された吸気カムシャフト４の周辺構造を示す。なお以下の説明において、吸気カムシャフト４の中心軸Ｃに対し半径方向外側を図２の様子に対応させて「上」ともいい、半径方向内側を「下」ともいう。また中心軸Ｃの方向を単に「軸方向」ともいい、軸方向において図２の右側を「前」、図２の左側を「後」ともいう。
【００１７】
吸気カムシャフト４の内部には、その軸方向に沿ってシャフト内油路２０が設けられている。吸気カムシャフト４は複数（一つのみ図示）の転がり軸受（図示例ではローラベアリング）３０によって回転可能に支持されている。また吸気カムシャフト４には、吸気弁のバルブリフトを可変にするためのバルブリフト可変機構５０が気筒毎に配設されている。
【００１８】
転がり軸受３０は、吸気カムシャフト４の外周部に嵌められる内輪３１と、内輪３１の半径方向外側に位置された外輪３２と、これら内外輪の間に配置された転動体としての複数のローラ３３と、これら複数のローラ３３を周方向等ピッチに保持する保持器３４とを有する。
【００１９】
特に本実施形態の場合、軸方向に隣接する一対の転がり軸受を共通の外輪３２で一体化するように構成されており、外輪３２の軸方向中間部には半径方向内側に突出する中間壁３５が設けられている。そしてこの中間壁３５の軸方向両側（前後）のスペースに、それぞれローラ３３、内輪３１および保持器３４が設けられている。
【００２０】
バルブリフト可変機構５０は、吸気カムシャフト４に固設された低リフト側カム（以下、ローカムという）５１と、ローカム５１に隣接され、吸気カムシャフト４に対し半径方向に出没可能な高リフト側カム（以下、ハイカムという）５２と、これらローカム５１およびハイカム５２を適宜連結する連結ピン５３と、ハイカムシリンダ５４内に設けられたバネ５５およびバネ座５６とを備える。
【００２１】
ハイカム５２の半径方向内側にはガイドピン５７とバネ５８が設けられ、ハイカム５２はバネ５８によって半径方向外側に常時付勢されている。ガイドピン５７は、その一端（図中上端）がハイカム５２に固定されており、吸気カムシャフト４を径方向に貫通するガイド穴５９内をフリーに移動できる。ハイカム５２の半径方向内側への没入移動を許容するため、吸気カムシャフト４には没入穴６０が設けられている。ガイドピン５７の他端（図中下端）はハイカム５２の穴６１にフリーに挿入されている。
【００２２】
連結ピン５３は、ローカム５１内に設けられたローカムシリンダ５７にピストンの如く軸方向摺動可能に配設されている。連結ピン５３の軸方向後方においてローカムシリンダ５７はシャフト内油路２０に連通されている。
【００２３】
シャフト内油路２０からローカムシリンダ５７に油圧が送られると、図示するように、連結ピン５３が軸方向前方（図の右側）に動き、バネ座５６を介してバネ５５を圧縮し、連結ピン５３の前端部がハイカムシリンダ５４内に挿入される。こうしてローカム５１とハイカム５２が連結ピン５３によって連結され、ハイカム５２はローカム５１よりも半径方向外側に突出するようになる。そしてバルブリフト可変機構５０は、ハイカム５２によって吸気弁の開閉を行う高リフト側に切り替えられることとなる。
【００２４】
他方、図示しないが、ローカムシリンダ５７から油圧が排出されると、連結ピン５３がバネ５５に押されて軸方向後方（図の左側）に戻され、連結ピン５３の前端部がハイカムシリンダ５４から抜かれる。こうなるとローカム５１とハイカム５２とは非連結状態となり、ハイカム５２はフリー状態となる。このときハイカム５２が無負荷であれば、ハイカム５２はバネ５８に押されて図示するような突出状態となるが、ハイカム５２に吸気弁押し下げ時のバルブリフト荷重が加わると、ハイカム５２はバネ５８を圧縮して没入穴６０内に没入した状態となる。こうしてバルブリフト可変機構５０は、ローカム５１によって吸気弁の開閉を行う低リフト側に切り替えられることとなる。
【００２５】
図２にも概略的に示されているように、シャフト内油路２０の上流側には制御弁１３が設けられ、さらにその上流側には可変油圧ポンプ１１が設けられている。エンジン運転時、可変油圧ポンプ１１は制御弁１３に油圧ないしオイルを供給する。ＥＣＵ１００は、エンジン運転状態に基づき制御弁１３を開閉制御し、これによりバルブリフト可変機構５０を切替制御する。
【００２６】
バルブリフト可変機構５０を高リフト側に切り替えるための高リフト要求があるとき、ＥＣＵ１００は制御弁１３を開弁し、可変油圧ポンプ１１からの油圧をシャフト内油路２０を通じてローカムシリンダ５７に供給させる。これにより前記したようにバルブリフト可変機構５０は高リフト側に切り替わる。
【００２７】
他方、バルブリフト可変機構５０を低リフト側に切り替えるための低リフト要求があるとき、ＥＣＵ１００は制御弁１３を閉弁する。すると可変油圧ポンプ１１からの油圧はシャフト内油路２０に送られなくなり、同時に、シャフト内油路２０およびローカムシリンダ５７内の油圧は、制御弁１３の排出ポートからオイルパン１２に向けて排出される。これにより前記したようにバルブリフト可変機構５０は低リフト側に切り替わる。
【００２８】
本実施形態ではエンジン回転速度に応じてバルブリフト可変機構５０を切り替えるようにしており、エンジン回転速度が所定値未満のときにはバルブリフト可変機構５０を低リフト側に切り替え、エンジン回転速度が所定値以上のときにはバルブリフト可変機構５０を高リフト側に切り替えるようにしている。なおエンジン回転速度に加え、エンジン負荷にも応じてバルブリフト可変機構５０を切り替えるようにしてもよい。この場合、エンジン負荷が所定値未満のときには低リフト側に、エンジン負荷が所定値以上のときには高リフト側に、バルブリフト可変機構５０を切り替える。
【００２９】
さて、本実施形態においては転がり軸受３０を保護するための装置が設けられており、以下これについて詳細に説明する。
【００３０】
転がり軸受３０は、シリンダヘッド３の上面に立設された軸受ボス（図示せず）と、軸受ボスに上方からボルト等によって取り付けられる軸受キャップ２１とにより、上下から挟持されるようになっている。そして軸受キャップ２１の内部には、逆止弁からなる保護弁４０が設けられている。
【００３１】
保護弁４０は、軸受キャップ２１の内部に設けられた弁穴４１と、弁穴４１の内部に配置されたボールからなる弁体４２とを備える。弁穴４１は、カムシャフト半径方向すなわち図の上下方向に延びる中心軸を有し、その上端はプラグ２２で塞がれている。弁穴４１の下端にはテーパ面状の弁座４３が形成され、弁体４２は弁座４３に常時押し付けられるようコイルバネ４４によって付勢されている。コイルバネ４４は、プラグ２２と弁体４２の間に圧縮状態で配置され、プラグ２２から突出されたガイド軸２３の周りに配置されている。
【００３２】
外輪３２の中間壁３５には上下に延びる中間壁穴３６が設けられている。中間壁穴３６の上端は弁座４３の中心部に開放され、中間壁穴３６の下端は中間壁３５の下端面ないし内周面に開放されている。この中間壁穴３６の下端に連通するよう、シャフト内油路２０から分岐された分岐油路２４が、軸方向のほぼ同じ位置にて吸気カムシャフト４の外周面で開放されている。これら開放端同士の隙間は、中間壁穴３６の下端の前後両側に設けられたシールリング３８によってシールされる。
【００３３】
一方、弁穴４１と、軸方向前後のローラ３３とを連通する各一対のキャップ穴２５および外輪穴３７が、軸受キャップ２１および外輪３２にそれぞれ設けられる。
【００３４】
この構成によれば、分岐油路２４、中間壁穴３６、キャップ穴２５および外輪穴３７が、連通路Ｒを形成する。そしてこの連通路Ｒに保護弁４０が設けられていることとなる。これら連通路Ｒおよび保護弁４０内には常時オイルが満たされている。
【００３５】
本実施形態の作動に関して、通常、弁体４２が弁座４３に押し付けられ、保護弁４０が閉弁状態にある。バルブリフト可変機構５０を高リフト側に切り替えるべくシャフト内油路２０に油圧が供給されたとしても、保護弁４０は閉弁状態に維持される。従って通常は保護弁４０がバルブリフト可変機構５０の作動に何等影響を及ぼさない。
【００３６】
しかし、転がり軸受３０に、ローラ３３が偏摩耗したり脱落しかけたりするなどの異常（特に初期異常）が発生すると、転がり軸受３０に異常振動が発生し、弁体４２とローラ３３の間の連通路Ｒ内の油圧（すなわち弁穴４１、キャップ穴２５および外輪穴３７内の油圧）が著しく変動する。このとき、弁穴４１内の油圧が低下したタイミングで、弁体４２がコイルバネ４４の力に逆らって上方に動き、保護弁４０が開弁する。
【００３７】
こうなると、シャフト内油路２０のオイルが連通路Ｒおよび保護弁４０を通過して転がり軸受３０（特にそのローラ３３）に流れ、転がり軸受３０が積極的に給油されるようになる。よって、転がり軸受３０の摩耗進行や異音発生を防止あるいは抑制でき、転がり軸受３０を保護し、ひいてはその延命を図ることができる。
【００３８】
一方、このときシャフト内油路２０の油圧が低下するため、たとえ高リフト要求があったときでもバルブリフト可変機構５０が実際に高リフト側に切り替わるのを抑制あるいは防止し、バルブリフト可変機構５０を可能な限り低リフト側に維持することができる。そして、転がり軸受３０に対するバルブリフト荷重を低減し、このことによっても転がり軸受３０を保護することができる。
【００３９】
このように、転がり軸受３０の異常振動に応答して機械的に開弁する保護弁４０を設けたので、転がり軸受３０を好適に保護することが可能である。
【００４０】
ところで、かかる保護弁４０を設けた結果、転がり軸受３０の異常振動発生時にバルブリフト量が正常時から変化する。従ってこの変化を検知することによって転がり軸受３０の異常を検知することが可能である。
【００４１】
本実施形態では、エンジン１の実際の吸入空気量をエアフローメータ１４により検出すると共に、エンジン１の吸入空気量を別途ＥＣＵ１００によりエンジン運転状態に基づいて推定する。そして、バルブリフト可変機構５０を高リフト側に切り替えるための高リフト要求があったとき、検出された実際の吸入空気量と推定された推定吸入空気量とを比較する。この比較結果に応じて転がり軸受３０が正常か異常かを診断する。
【００４２】
高リフト要求があったとき、転がり軸受３０の正常時であればバルブリフト可変機構５０が高リフト側に切り替えられ、実際の吸入空気量は多くなる。しかし、転がり軸受３０が異常だとバルブリフト可変機構５０が高リフト側に切り替えられず、実際の吸入空気量は正常時より少なくなる。よって実際の吸入空気量と推定吸入空気量とを比較し、前者が後者より少なければ、転がり軸受３０を異常と判定することができる。
【００４３】
ここで、推定吸入空気量は、例えばクランク角センサ１５により検出されたエンジン回転速度と、スロットル開度センサ１６により検出されたスロットル開度とに基づき、所定のマップから推定される。但し推定の基礎となるパラメータはこれら以外のものを用いてもよい。当然に、推定される吸入空気量の値は、転がり軸受３０が正常という前提条件の下で算出される値である。
【００４４】
ここで別法として、転がり軸受３０の異常振動を振動センサで検知して転がり軸受の異常を診断することが考えられる（例えば特許文献１参照）。しかしこれだと、振動の多いシリンダヘッド内に、転がり軸受毎に振動センサを設けなければならず、また各振動センサからＥＣＵに至る複数のワイヤーハーネスを設けなければならない。よって、振動センサの故障やワイヤーハーネス断線の虞があり、振動センサの出力信号に多大なノイズが加わって誤検出する虞もある。さらに振動センサで異常振動を検知したときに転がり軸受に給油する給油装置を設けたとすると、給油装置を構成する弁や配管を転がり軸受周辺に設置しなければならず、構造が著しく複雑化し、周辺構造の剛性低下により軸受が故障しやすくなる可能性もある。
【００４５】
本実施形態では、シリンダヘッド内に電気的構成を設けずに転がり軸受の異常を診断している。よってこれらの問題を一挙に解決することが可能である。
【００４６】
ところで、転がり軸受３０が異常と診断されたとき、転がり軸受３０に対するバルブリフト荷重をできるだけ低減するのが好ましい。このため、本実施形態では、転がり軸受３０が異常と診断されたとき、ＥＣＵ１００により制御弁１３を常時開弁し、且つ可変油圧ポンプ１１をその吐出油量が所定値以下に制限されるよう制御することとしている。
【００４７】
制御弁１３を常時開弁すると、高リフト要求があった場合のみならず、低リフト要求があった場合にも、可変油圧ポンプ１１からバルブリフト可変機構５０に油圧が供給されるようになる。ここで可変油圧ポンプ１１はクランクシャフトによって駆動されるものであり、その容量が一定ならば、クランクシャフトの回転上昇（すなわちエンジン回転速度上昇）とともに、単位時間当たりに吐出される油量は増加する。従ってバルブリフト可変機構５０に供給される油圧が上昇し、バルブリフト可変機構５０が高リフト側に切り替わって、転がり軸受３０に対するバルブリフト荷重が増大する虞がある。
【００４８】
しかし、本実施形態では、バルブリフト可変機構５０が高リフト側に切り替わらないよう、エンジン回転速度上昇時に可変油圧ポンプ１１の容量を低下させ、可変油圧ポンプ１１の吐出油量を所定値以下に制限する。
【００４９】
こうすることで、バルブリフト可変機構５０を低リフト側に維持し、転がり軸受３０に対するバルブリフト荷重の増大を防止することができる。また制御弁１３を常時開弁するので、可変油圧ポンプ１１から吐出されたオイルを常時積極的に転がり軸受３０に供給することができ、転がり軸受３０のより積極的な保護を図ることができる。
【００５０】
図３に、本実施形態に係る軸受保護装置の制御ルーチンを示す。このルーチンはＥＣＵ１００により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００５１】
まずステップＳ１０１では、異常フラグがオンであるか否かが判断される。ノーのときはステップＳ１０２に進み、イエスのときはステップＳ１０８に進む。
【００５２】
ステップＳ１０２では、高リフト要求があるか否かが判断される。すなわちＥＣＵ１００は、検出された実際のエンジン回転速度が所定値（例えば４０００ｒｐｍ）以上のときには高リフト要求ありと判断し、実際のエンジン回転速度が所定値未満のときには高リフト要求なし（すなわち低リフト要求あり）と判断する。
【００５３】
高リフト要求なしと判断された場合、ステップＳ１０３に進んで制御弁１３が閉弁される。これにより可変油圧ポンプ１１からの油圧はバルブリフト可変機構５０に供給されず、バルブリフト可変機構５０は低リフト側とされる。
【００５４】
他方、高リフト要求ありと判断された場合には、ステップＳ１０４に進んで制御弁１３が開弁される。これにより可変油圧ポンプ１１からの油圧がバルブリフト可変機構５０に供給されるようになり、バルブリフト可変機構５０は高リフト側とされる。
【００５５】
次いでステップＳ１０５では、検出された実際の吸入空気量Ｇａと、推定された推定吸入空気量Ｇａｅとが比較される。具体的には、推定吸入空気量Ｇａｅから実際の吸入空気量Ｇａを減じてなる差Ｇａｅ−Ｇａが、所定値α（＞０）より大きいか否かが判断される。
【００５６】
Ｇａｅ−Ｇａ＞αの場合、実際の吸入空気量Ｇａが推定吸入空気量Ｇａｅより顕著に少なく、その原因は転がり軸受３０の異常にあるとみなして、ステップＳ１０６で異常フラグがオンされる。これにより転がり軸受３０は異常と診断される。この場合、警告灯を点灯するなどして異常の事実をユーザに知らせるのが好ましい。
【００５７】
他方、Ｇａｅ−Ｇａ≦αの場合、実際の吸入空気量Ｇａが推定吸入空気量Ｇａｅにほぼ等しく、転がり軸受３０は正常とみなして、ステップＳ１０７で異常フラグがオフされる。これにより転がり軸受３０は正常と診断される。
【００５８】
一方、ステップＳ１０１で異常フラグがオンと判断された場合、すなわち転がり軸受３０が既に異常と診断されている場合、ステップＳ１０８に進んで制御弁１３が開弁される。
【００５９】
そしてステップＳ１０９に進んで、バルブリフト可変機構５０が高リフト側に切り替わらないよう、可変油圧ポンプ１１の容量ひいては吐出油量が制御され、その吐出油量が所定値以下に制限される。特にバルブリフト可変機構５０を高リフト側に切り替えてしまうようなエンジン回転速度のときに、可変油圧ポンプ１１の容量が正常時よりも低下され、その吐出油量が低下される。なお容量を低下させる代わりに、入力回転速度に対するポンプインペラ回転速度を低下させるようにしても良い。
【００６０】
これによりバルブリフト可変機構５０の高リフト側への切り替えを防止し、転がり軸受３０をより積極的に保護することができる。
【００６１】
次に、他の実施形態について説明する。
【００６２】
図４には、第１変形例を示す。この第１変形例は、図２に示した基本実施形態と比較して、保護弁周辺の構造が異なるのみである。よって同一の構成要素には図中同一符号を付し、説明を省略する。
【００６３】
この第１変形例にあっては、基本実施形態と比較して、保護弁４０Ａにおける弁体４２の配置が上下逆であり、弁体４２はコイルバネ４４によって上方のテーパ状弁座４３に常時押し付けられるよう付勢されている。これら弁体４２およびコイルバネ４４は、軸受キャップ２１の内部に設けられた上下に延びる弁穴４１に収容されている。
【００６４】
弁座４３は、弁穴４１を上方から塞ぐプラグ２２Ａの下面に形成されている。プラグ２２Ａの内部にはプラグ内油穴２６が形成されている。プラグ内油穴２６は、弁座４３の中心部に開放されると共に、二つのキャップ穴２５にも開放され、弁穴４１と二つのキャップ穴２５とを連通する。
【００６５】
この構成によれば、分岐油路２４、中間壁穴３６、プラグ内油穴２６、キャップ穴２５および外輪穴３７が、連通路ＲＡを形成する。そしてこの連通路ＲＡに保護弁４０Ａが設けられていることとなる。
【００６６】
この第１変形例の作動に関して、通常、弁体４２が弁座４３に押し付けられ、保護弁４０Ａが閉弁状態にある。そして仮に制御弁１３が開弁されているとすると、エンジン回転速度が上昇するにつれ可変油圧ポンプ１１からの供給油圧が高まり、当該供給油圧により弁体４２を閉弁方向に付勢する力（すなわち閉弁力）が高まる。
【００６７】
転がり軸受３０が正常だが、エンジン回転上昇と共に転がり軸受３０（特にローラ３３）の振動が大きくなった場合、その振動によって弁体４２およびローラ３３間の油圧変動が大きくなり、基本実施形態の場合だとその油圧変動により弁体４２が誤って開弁してしまう虞がある。
【００６８】
しかし、第１変形例の場合だと、エンジン回転上昇と共に閉弁力が高まるので、弁体４２が誤って開弁するのを防止することができる。
【００６９】
他方、第１変形例の場合、エンジン回転速度が低いときには閉弁力も低いので、転がり軸受３０の異常時、エンジン回転速度が低くローラ３３の振動が小さい場合でも、その振動により弁体４２を開弁し、ローラ３３への給油を実行することが可能である。
【００７０】
図５には、第２変形例を示す。この第２変形例は、図４に示した第１変形例と比較して、保護弁の構造が異なるのみである。よって同一の構成要素には図中同一符号を付し、説明を省略する。
【００７１】
この第２変形例にあっては、第１変形例と比較して、保護弁４０Ｂにおける弁体４２がさらに１個追加されている点が異なる。すなわち、追加の下側弁体４２Ｂは、コイルバネ４４によって下方のテーパ状下側弁座４３Ｂに常時押し付けられるよう付勢されている。第１変形例にもあった上側弁体４２と、追加の下側弁体４２Ｂと、コイルバネ４４とは、軸受キャップ２１の内部に設けられた弁穴４１Ｂに収容されている。コイルバネ４４は上側弁体４２と下側弁体４２Ｂとの間に、互いを対応する弁座に押し付けるよう配置されている。下側弁座４３Ｂは、図２に示した基本実施形態と同様、弁穴４１Ｂの下端に形成されている。
【００７２】
この第２変形例の作動に関して、仮に制御弁１３が開弁されているとすると、シャフト内油路２０の油圧が下側弁体４２Ｂを開弁させるような圧力（すなわち開弁圧）に達したとき、下側弁体４２Ｂが開弁され、オイルが弁穴４１Ｂ内に供給される。また制御弁１３が閉弁されたり、シャフト内油路２０の油圧が開弁圧より低下したりすると、下側弁体４２Ｂが閉弁され、オイルが弁穴４１Ｂ内に残留される。
【００７３】
つまり、弁穴４１Ｂ内には加圧オイルが常時充満されていることになる。よって仮に、制御弁１３の閉弁時に転がり軸受３０の異常振動が発生したとしても、上側弁体４２を開いて、弁穴４１Ｂ内の加圧オイルを転がり軸受３０に供給できる。よって転がり軸受３０の好適な保護を図ることができる。
【００７４】
本発明はさらなる他の実施形態を採ることも可能である。例えば内燃機関の用途や形式等は任意であり、自動車用以外であってもよい。本発明が適用される転がり軸受は排気カムシャフトを支持するものであってもよいし、ボールベアリング等からなってもよい。バルブリフト可変機構の種類や構造も任意であり、上述のものに限定されない。上記オイル配管１２の代わりに、エンジン本体内に形成した油路によって、可変油圧ポンプからのオイルをシャフト内油路に導いても良い。またバルブリフト可変機構に油圧を供給する油路は、シャフト内油路とせず、独立配管としてもよい。油圧ポンプは可変式が好ましいが、必ずしもそうでなくてもよい。
【００７５】
本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１ 内燃機関
４ 吸気カムシャフト
１１ 可変油圧ポンプ
１２ オイル配管
１３ 制御弁
１４ エアフローメータ
１５ クランク角センサ
１６ スロットル開度センサ
２０ シャフト内油路
３０ 転がり軸受
３１ 内輪
３２ 外輪
３３ ローラ
３４ 保持器
５０ バルブリフト可変機構
４０，４０Ａ，４０Ｂ 保護弁
Ｒ，ＲＡ 連通路
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のカムシャフトを支持する転がり軸受を保護するための軸受保護装置であって、
バルブリフトを可変にするためのバルブリフト可変機構と、
前記バルブリフト可変機構に油圧を供給するための油路と、
前記転がり軸受および前記油路を連通する連通路と、
前記連通路に設けられ、前記転がり軸受の異常振動に応答して機械的に開弁する保護弁と、
を備えたことを特徴とする軸受保護装置。
【請求項２】
前記バルブリフト可変機構は、供給油圧が高いときに高リフト側に切り替わり、供給油圧が低いときに低リフト側に切り替わる
ことを特徴とする請求項１に記載の軸受保護装置。
【請求項３】
前記内燃機関の実際の吸入空気量を検出する検出手段と、
前記内燃機関の吸入空気量を推定する推定手段と、
前記バルブリフト可変機構を高リフト側に切り替えるための高リフト要求があったとき、前記検出手段によって検出された実際の吸入空気量と、前記推定手段によって推定された推定吸入空気量とを比較し、その比較結果に応じて前記転がり軸受が正常か異常かを診断する診断手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の軸受保護装置。
【請求項４】
前記油路に油圧を供給するための可変油圧ポンプと、
前記油路に設けられた制御弁と、
前記診断手段によって前記転がり軸受が異常と診断されたとき、前記制御弁を常時開弁し、前記可変油圧ポンプをその吐出油量が所定値以下に制限されるよう制御する制御手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の軸受保護装置。
【請求項１】
内燃機関のカムシャフトを支持する転がり軸受を保護するための軸受保護装置であって、
バルブリフトを可変にするためのバルブリフト可変機構と、
前記バルブリフト可変機構に油圧を供給するための油路と、
前記転がり軸受および前記油路を連通する連通路と、
前記連通路に設けられ、前記転がり軸受の異常振動に応答して機械的に開弁する保護弁と、
を備えたことを特徴とする軸受保護装置。
【請求項２】
前記バルブリフト可変機構は、供給油圧が高いときに高リフト側に切り替わり、供給油圧が低いときに低リフト側に切り替わる
ことを特徴とする請求項１に記載の軸受保護装置。
【請求項３】
前記内燃機関の実際の吸入空気量を検出する検出手段と、
前記内燃機関の吸入空気量を推定する推定手段と、
前記バルブリフト可変機構を高リフト側に切り替えるための高リフト要求があったとき、前記検出手段によって検出された実際の吸入空気量と、前記推定手段によって推定された推定吸入空気量とを比較し、その比較結果に応じて前記転がり軸受が正常か異常かを診断する診断手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の軸受保護装置。
【請求項４】
前記油路に油圧を供給するための可変油圧ポンプと、
前記油路に設けられた制御弁と、
前記診断手段によって前記転がり軸受が異常と診断されたとき、前記制御弁を常時開弁し、前記可変油圧ポンプをその吐出油量が所定値以下に制限されるよう制御する制御手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の軸受保護装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２２０３０３（Ｐ２０１１−２２０３０３Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９３１６０（Ｐ２０１０−９３１６０）
【出願日】平成２２年４月１４日（２０１０．４．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１４日（２０１０．４．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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