JP2011226338A - カムシャフト軸受の劣化判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関のカムシャフト軸受の劣化を好適に判定する。
【解決手段】エンジン１のカムシャフト軸受７の劣化度を算出し、算出された劣化度が予め定められた基準値を上回った場合に異常と判定する劣化判定装置において、カムチェーン６の張力を取得する圧力センサ１５を更に備え、カムチェーン６の張力を考慮して前記劣化度を算出する。カムチェーン６の共振や突発的な過負荷のようなイレギュラーな事象を判定に反映できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のカムシャフト軸受の劣化を判定する劣化判定装置に関する。

自動車部品などの機械部品を適切な時期に交換または修理するために、部品が劣化し寿命末期に近づいたことを検出する手段が種々提案されている。例えば特許文献１が開示する装置は、物品の故障原因となる代用特性値を検出し、この代用特性値を所定の特性線図と比較演算して上記物品の劣化度を算出し、この劣化度を順次加算して劣化度の総和を算出すると共に、その劣化度の総和を予め設定された基準値と比較し、この比較に基づいて上記物品の劣化状態を判定する。

特許文献２が開示する装置は、可変バルブタイミング装置の故障を、目標の回転位相と実際の回転位相との差に基づいて診断する。特許文献３が開示する装置は、昇降装置のチェーンのピン列に対向してセンサを設置し、センサから送出されるパルス信号に基づいてチェーン断を検出する。

特開平０７‐０２７６７１号公報 特開２０００‐５４８６９号公報 特開平０７‐３３３１０７号公報

しかしながら、上記各特許文献では、内燃機関のカムシャフト軸受の劣化判定に対する具体的適用は考慮されていない。

そこで本発明の目的は、内燃機関のカムシャフト軸受の劣化を判定するための新規な手段を提供することにある。

本発明の第１の態様は、
内燃機関のカムシャフト軸受の劣化度を算出する劣化度算出手段と、
算出された劣化度が予め定められた基準値を上回った場合に異常と判定する判定手段と、
を備えたカムシャフト軸受の劣化判定装置であって、
前記カムシャフトを駆動する環状可撓伝動部材の張力を取得する張力取得手段を更に備え、
前記劣化度算出手段は、前記張力取得手段が取得した環状可撓伝動部材の張力を考慮して前記劣化度を算出することを特徴とするカムシャフト軸受の劣化判定装置である。

この態様では、劣化度算出手段が内燃機関のカムシャフト軸受の劣化度を算出し、判定手段が、算出された劣化度が予め定められた基準値を上回った場合に異常と判定する。ここで、装置はカムシャフトを駆動する環状可撓伝動部材の張力を取得する張力取得手段を更に備え、前記劣化度算出手段は、前記張力取得手段が取得した環状可撓伝動部材の張力を考慮して前記劣化度を算出する。環状可撓伝動部材の張力に起因するカムシャフト軸受への機械的負荷は、カムシャフト軸受の寿命に影響する一方、エンジン回転数及び負荷のみによってカムシャフト軸受の劣化度を判定する場合には、環状可撓伝動部材の共振や突発的な過負荷のようなイレギュラーな事象を判定に反映することが困難と考えられる。これに対し本発明では、環状可撓伝動部材の張力を考慮して前記劣化度を算出することとしたので、カムシャフト軸受の劣化を好適に判定することができる。

好適には、前記内燃機関は可変バルブタイミング機構を更に備え、前記劣化度算出手段は、前記可変バルブタイミング機構の作動量を更に考慮して前記劣化度を算出する。可変バルブタイミング機構の作動に起因する環状可撓伝動部材への機械的負荷は、カムシャフト軸受の寿命に影響するので、この作動量を考慮して前記劣化度を算出することによって、カムシャフト軸受の劣化を更に好適に判定することができる。

また好適には、筒内圧を取得する筒内圧取得手段を更に備え、前記劣化度算出手段は、前記筒内圧を更に考慮して前記劣化度を算出する。筒内圧に起因する環状可撓伝動部材への機械的負荷は、カムシャフト軸受の寿命に影響するので、この筒内圧を考慮して前記劣化度を算出することによって、カムシャフト軸受の劣化を更に好適に判定することができる。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

本発明によれば、カムシャフト軸受の劣化を好適に判定するための新規な手段を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るエンジン及び制御系を示す概念図である。 第１実施形態の劣化判定処理を示すフローチャートである。 第２実施形態の劣化判定処理を示すフローチャートである。 第３実施形態の劣化判定処理を示すフローチャートである。

以下図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について詳述する。

＜第１実施形態＞
図１において、エンジン１は車載の４サイクルエンジンであり、クランクシャフト２、インテークカムシャフト３及びエキゾーストカムシャフト４を備えている。これらクランクシャフト２、インテークカムシャフト３及びエキゾーストカムシャフト４にはそれぞれスプロケット５が固定されている。これら３つのスプロケット５には、環状可撓伝動部材であるカムチェーン６が巻回されている。

インテークカムシャフト３及びエキゾーストカムシャフト４は、それぞれカムシャフト軸受７を介して、シリンダヘッドブロックによって支持されている。カムシャフト軸受７は例えばローラベアリングであるが、他の種類の転がり軸受や、滑り軸受など他の種類の軸受でもよい。

インテークカムシャフト３の一端には、可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）８が設置されている。ＶＶＴ８は、インテークカムシャフト３をスプロケット５に対して相対的に回転させることにより、カムシャフトの位相を進角方向又は遅角方向に変更する。ＶＶＴ８は、インテークカムシャフト３を回転させるための油圧や電動モータ等のアクチュエータを含む。

エンジン１には、カムチェーン６を緊張させるためのテンショナ機構が設けられている。テンショナ機構は、チェーンダンパ機構１１、可動チェーンガイド１２、及びテンショナ１３を備えている。カムチェーン６の張り側には、チェーンダンパ１１が配置されており、カムチェーン６の弛み側には、可動チェーンガイド１２が配置されている。チェーンダンパ１１は、樹脂など可撓性のある材料で構成され、その両端部をボルト１１ａによってクランクケースに固定されている。可動チェーンガイド１２は、その下端部を軸１２ａによって回動可能にクランクケースに固定されている。

テンショナ１３は、不図示のスプリングによって突出方向に付勢された可動子１４を備えており、可動子１４は、可動チェーンガイド１２に設けられた被押圧部１２ｂをカムチェーン６に向けて押圧する。可動子１４に対向する被押圧部１２ｂには、圧力センサ１５が設けられており、カムチェーン６の張力を常時検出することが可能にされている。

クランクシャフト２の近傍には、その回転角度を検出するクランク角センサ１６が配置されている。エンジン１の燃焼室（不図示）には、気筒内の圧力を検出する筒内圧センサ１７が配置されている。吸気管に設けられたスロットル弁（不図示）の近傍には、要求負荷としてのスロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサ１８が配置されている。車室内には警告灯１９が配置されている。

エンジン１には、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じて運転状態を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、エンジン１の制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力インターフェイス、不揮発性記憶装置、及びこれらを相互接続するデータバスを含んで構成される。

ＥＣＵ２０の入力インターフェイスには、圧力センサ１５、クランク角センサ１６、筒内圧センサ１７及びスロットル開度センサ１８を含む各種センサ類が、電気配線を介して接続され、これらの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。また、ＥＣＵ２０の出力インターフェイスには、警告灯１９を含む各種アクチュエータ類が電気配線を介して接続され、これらがＥＣＵ２０によって制御される。

以上のとおり構成された本実施形態の動作について説明する。図２の処理ルーチンは、エンジン１の動作中に亘って、所定時間ごとに繰返し実行される。なお本ルーチンは、所定クランク角ごとに実行しても良い。

図２において、まずＥＣＵ２０は、クランク角センサ１６によって検出されたエンジン回転数（Ｓ１０）、スロットル開度センサ１８によって検出されたスロットル開度（Ｓ２０）、及び圧力センサ１５によって検出されたチェーン張力（Ｓ３０）をそれぞれ読み込む。

次にＥＣＵ２０は、これら読み込まれたエンジン回転数、スロットル開度及びチェーン張力に基づいて、所定の関数又はマップにより、荷重ポイントを算出する（Ｓ４０）。この荷重ポイントは、その処理サイクルに対応する時間においてカムシャフト軸受７が受けた応力ないし劣化度をポイント化したものである。次にＥＣＵ２０は、算出された荷重ポイントを、それまでに積算された荷重ポイントに加算する（Ｓ５０）。この加算によって、本発明における劣化度である積算荷重ポイントが得られる。

次にＥＣＵ２０は、この加算によって得られた積算荷重ポイントと、予め定められた基準値である警告しきい値とを比較する（Ｓ６０）。この比較の結果、積算荷重ポイントが警告しきい値以下である場合には、ステップＳ７０をスキップして本ルーチンを抜ける。

そして積算荷重ポイントが警告しきい値を上回った場合には、ＥＣＵ２０は警告灯１９を点灯させて（Ｓ７０）本ルーチンを抜ける。

以上の処理の結果、本実施形態では、エンジン回転数、スロットル開度及びチェーン張力に基づいて劣化度が算出され、この劣化度が基準値を超えた場合に警告出力がされることになる。

以上のとおり、本実施形態では、ＥＣＵ２０がエンジン１のカムシャフト軸受７の劣化度を算出し、算出された劣化度が予め定められた基準値を上回った場合に異常と判定する。ここで本実施形態では、カムシャフト３，４を駆動するカムチェーン６の張力を取得する圧力センサ１５を更に備え、この圧力センサ１５によって取得されたカムチェーン６の張力を考慮して劣化度を算出する。エンジン回転数及び負荷のみによってカムシャフト軸受７の劣化度を判定する場合には、カムチェーン６の共振や突発的な過負荷のようなイレギュラーな事象を反映することが困難と考えられるところ、本実施形態ではカムチェーン６の張力を考慮して劣化度を算出するので、カムシャフト軸受７の劣化を好適に判定することができる。

＜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実施形態の劣化判定装置は、上記圧力センサ１５を有せず、これに代えて、ＶＶＴ作動量と筒内圧とに基づいて、カムチェーン張力を推定するものである。第２実施形態の装置は、圧力センサ１５を有しない点を除いて上述した第１実施形態と同様であり、その制御が以下のように異なるのみであるため、その機械的構成の説明は省略する。

第２実施形態における処理について、以下に図３に従って説明する。図３の処理ルーチンは、エンジン１の動作中に亘って、所定時間ごとに繰返し実行される。なお本ルーチンは、所定クランク角ごとに実行しても良い。図３において、まずＥＣＵ２０は、クランク角センサ１６によって検出されたエンジン回転数（Ｓ１１０）、及びスロットル開度センサ１８によって検出されたスロットル開度（Ｓ１２０）を読み込む。

次にＥＣＵ２０は、ＶＶＴ作動量（Ｓ１３０）及び筒内圧（Ｓ１４０）の値をそれぞれ読み込む。ＶＶＴ作動量の値は、ＶＶＴ８に対する動作指令値（進角／遅角方向の角度）を、ＥＣＵ２０とは別途に設けられたエンジンコントロールコンピュータ（不図示）から取得してこれを用いてもよいし、専用の作動量センサをＶＶＴ８に設けてその検出値を用いてもよい。筒内圧の値は、筒内圧センサ１７から取得してもよいし、クランク角センサ１６やスロットル開度センサ１８の検出値に基づいて推定してもよい。

このようにして取得されたＶＶＴ作動量および筒内圧の各値に基づいて、ＥＣＵ２０は次に、所定の関数又はマップにより、カムチェーン張力の推定値を算出する（Ｓ１５０）。

そしてＥＣＵ２０は、読み込まれたエンジン回転数及びスロットル開度と、算出されたカムチェーン張力とに基づいて、所定の関数又はマップにより、荷重ポイントを算出する（Ｓ１６０）。以降のステップＳ１７０からＳ１９０の処理は、上記第１実施形態の処理ルーチン（図２）におけるステップＳ５０からＳ７０の処理と同様である。

以上の処理の結果、本実施形態では、エンジン回転数、スロットル開度及びチェーン張力に基づいて劣化度が算出され、この劣化度が基準値を超えた場合に警告出力がされることになる。

以上のとおり、本実施形態では、カムチェーン張力を考慮して劣化度を算出するので、上記第１実施形態と同様に、カムシャフト軸受７の劣化を好適に判定することができる。

また、ＶＶＴ８の作動に起因するカムチェーン６への機械的負荷、及び筒内圧に起因するカムチェーン６への機械的負荷は、カムシャフト軸受７の寿命に影響すると考えられるところ、本実施形態ではＶＶＴ８の作動量及び筒内圧に基づいてカムチェーン張力を推定することとしたので、カムシャフト軸受７の劣化を更に好適に判定することができる。また本実施形態では、カムチェーン張力を他のパラメータから推定することとしたので、専用の圧力センサ１５を設ける必要がなく、製造コストを抑制することができる。

＜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実施形態の劣化判定装置は、上記圧力センサ１５を有せず、筒内圧のみに基づいてカムチェーン張力を推定し、また筒内圧が予め定められた基準値を上回った場合にのみ劣化度を加算するものである。第３実施形態の装置は、圧力センサ１５を有しない点を除いて上述した第１実施形態と同様であり、その制御が以下のように異なるのみであるため、その機械的構成の説明は省略する。

第３実施形態における処理について、以下に図４に従って説明する。図４の処理ルーチンは、エンジン１の動作中に亘って、所定時間ごとに繰返し実行される。なお本ルーチンは、所定クランク角ごとに実行しても良い。図４において、まずＥＣＵ２０は、筒内圧センサ１７によって検出された筒内圧の値を読み込む（Ｓ２１０）。筒内圧の値は、クランク角センサ１６やスロットル開度センサ１８の検出値に基づいて推定してもよい。

次にＥＣＵ２０は、筒内圧が予め定められた基準筒内圧より大であるかを判断する（Ｓ２２０）。そして筒内圧が基準筒内圧以下の場合には、ステップＳ２３０以下の処理がスキップされて、本ルーチンを抜ける。筒内圧が基準筒内圧より大である場合には、ＥＣＵ２０は次に、筒内圧の値に基づいて所定の関数又はマップにより、カムチェーン張力の推定値を算出する（Ｓ２３０）。

そしてＥＣＵ２０は、算出されたカムチェーン張力に基づいて、所定の関数又はマップにより、荷重ポイントを算出する（Ｓ２４０）。以降のステップＳ２５０からＳ２７０の処理は、上記第１実施形態の処理ルーチン（図２）におけるステップＳ５０からＳ７０の処理と同様である。

以上の処理の結果、本実施形態では、筒内圧に基づいて推定されるチェーン張力に基づいて劣化度が算出され、この劣化度が基準値を超えた場合に警告出力がされることになる。

以上のとおり、本実施形態では、筒内圧に基づいて推定されるカムチェーン張力を考慮して劣化度を算出するので、上記第１実施形態と同様に、カムシャフト軸受７の劣化を好適に判定することができる。また本実施形態では、カムチェーン張力を他のパラメータから推定することとしたので、専用の圧力センサ１５を設ける必要がなく、製造コストを抑制することができる。

また、筒内圧が過大の場合には、過進角など点火異常である蓋然性が高く、そのような場合にはカムシャフト軸受７に大きな負荷がかかると考えられるところ、本実施形態では筒内圧が予め定められた基準値を上回った場合にのみ劣化度が積算されることとしたので、カムシャフト軸受７の受ける応力ないし機械的負荷を劣化度の判定に好適に反映することができる。

なお、本発明の実施形態は、上述の態様のみに限らず、本発明の範囲には、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。本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

例えば、カムチェーン張力は、専用のセンサを設けてカムチェーンの遊び部分の振動周波数を磁気・音波あるいは反射光で直接検出し、振動周波数から張力を算出することで取得してもよい。また、カムチェーン張力は、カムチェーンに歪みゲージ及び電磁誘導式の送信器を取り付け、カムチェーンの近傍に設置した受信器で受信することによって取得してもよい。

また、筒内圧が基準値を超えた場合にのみ荷重ポイントを加算する処理は、第１及び第２実施形態についても適用することができる。劣化度の算出には、温度など他のパラメータを更に考慮してもよい。各種基準値は固定値のほか、エンジンの運転状態を示す各種パラメータに基づいて動的に設定してもよい。警告出力は劣化度に応じた段階的または連続的なものであってもよい。異常出力は警告灯以外のもの、例えば所定のダイアグノーシスメモリへの記録であってもよい。各種パラメータの取得及び／又は劣化度の算出・加算は、環状可撓伝動部材の過負荷が生じうるクランク角範囲のみにおいて行ってもよい。本発明における環状可撓伝動部材はタイミングベルトであってもよく、かかる態様も本発明の範疇に属するものである。

１ エンジン
２ クランクシャフト
３ インテークカムシャフト
４ エキゾーストカムシャフト
６ カムチェーン
７ カムシャフト軸受
１２ 可動チェーンガイド
１３ テンショナ
１５ 圧力センサ
２０ ＥＣＵ

Claims (3)

1. 内燃機関のカムシャフト軸受の劣化度を算出する劣化度算出手段と、
   算出された劣化度が予め定められた基準値を上回った場合に異常と判定する判定手段と、
   を備えたカムシャフト軸受の劣化判定装置であって、
   前記カムシャフトを駆動する環状可撓伝動部材の張力を取得する張力取得手段を更に備え、
   前記劣化度算出手段は、前記張力取得手段が取得した環状可撓伝動部材の張力を考慮して前記劣化度を算出することを特徴とするカムシャフト軸受の劣化判定装置。
2. 請求項１に記載のカムシャフト軸受の劣化判定装置であって、
   前記内燃機関は可変バルブタイミング機構を更に備え、
   前記劣化度算出手段は、前記可変バルブタイミング機構の作動量を更に考慮して前記劣化度を算出することを特徴とするカムシャフト軸受の劣化判定装置。
3. 請求項１又は２に記載のカムシャフト軸受の劣化判定装置であって、
   筒内圧を取得する筒内圧取得手段を更に備え、
   前記劣化度算出手段は、前記筒内圧を更に考慮して前記劣化度を算出することを特徴とするカムシャフト軸受の劣化判定装置。

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