JP4026689B2 - タペットクリアランス自動調整装置及びタペットクリアランス調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、スプリングによって閉じられたバルブをロッカーアーム先端のアジャストスクリューで押圧することにより開口させるエンジンに対して用いられ、バルブとアジャストスクリューとの隙間を調整するタペットクリアランス自動調整装置及びタペットクリアランス調整方法に関する。

バルブ機構部にロッカーアームを有する型式のエンジンでは、カムにより駆動されたロッカーアームの先端に設けられたアジャストスクリューでバルブエンドを押圧して開口させ、燃料ガス又は排気ガスの吸排気を行っている。また、ロッカーアームが原位置に戻ることにより、スプリングの弾発作用によってバルブは再び閉じる。

ところで、ロッカーアームが原位置に戻る際にバルブが完全に閉じるようにバルブエンドとアジャストスクリューとの間には隙間（以下、タペットクリアランスという）が設けられている。このタペットクリアランスは狭すぎると高温時の熱膨張によってなくなるおそれがあり、また広すぎると接触時の音が大きく騒音となる。したがって、タペットクリアランスは、設計上予め設定された適正値（又は適正範囲）となるように精度良く調整されなければならない。特に、多種・多量のエンジンを製造する工程では、調整精度を高精度に維持させながら１台あたりの調整時間の短縮を図る必要があり、調整のばらつきを防止するためにも自動的に調整可能であることが好ましい。

タペットクリアランスを調整する方法としては、特許文献１〜３に記載された方法を挙げることができる。このうち、特許文献１に記載された方法で用いる調整装置は、ドライバを回転させるアクチュエータと、バルブの開閉方向の変位を測定する変位測定装置と、ロッカーアームに係合してロッカーアームのパッド面をカム面に押し付ける手段とを有する。該手段は、パッド面をカム面に対して強い力で押し付ける押付レバー要素を備えており、パッド面をカム面に確実に接触させて調整精度の向上を図っている。

また、特許文献２に記載された方法によれば、燃焼室内に高圧空気を供給した状態で該燃焼室内の圧力を監視しながら調整することにより、ほとんど習熟を要することなく正確な調整が可能となり好適である。さらに、特許文献３に記載された方法によれば、ロッカーアームの変位量が基準量だけ減少した点から調整原点を求められる。

特公昭６２−８６０９号公報 特開平１１−１５３００７号公報 特開２００１−２７１０６号公報

前記特許文献１に記載された方法で用いる押付レバー要素は、駆動のためのエアマイクロシリンダやレバー機構としての回転枢軸が必要であって構成が複雑化する。また、押付レバー要素は変位測定装置とは別に設けられており、装置が大型化する。

前記特許文献２に記載された方法では、燃焼室内は比較的高圧であることから空気の流れが乱れやすいため、圧力状態が安定するまで正確な計測をすることができない場合があり、迅速な調整が困難となることがある。また、この方法では作業員がドライバでアジャストスクリューの螺入量を調整しているため、作業員の負担を軽減するとともに一層高精度且つ短時間で調整を行うための自動化が望まれている。

さらに、前記特許文献３に記載された方法では、作業員がロッカーアームの変位量に基づいて調整原点を求めており、該変位量を検出するためのセンサを要するとともにこのセンサ信号を調整装置と連動させる必要があり、且つ求められた変位の基準量をアジャストスクリューのピッチとリードの関係より、回転角と進行量を換算し、最終的な完了ポイントを求める設定作業を伴う。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、バルブとアジャストスクリューとの隙間を一層迅速に且つ高精度に調整することができ、簡便な構成、手段によるタペットクリアランス自動調整装置及びタペットクリアランス調整方法を提供することを目的とする。

本発明に係るタペットクリアランス自動調整装置は、スプリングによって閉じられたバルブをロッカーアーム先端のアジャストスクリューで押圧することにより開口させるエンジンにおける前記バルブと前記アジャストスクリューとの隙間を調整するタペットクリアランス自動調整装置において、
前記ロッカーアーム先端から前記アジャストスクリューを進退させて突出量を調整する調整ユニットと、
前記アジャストスクリューを回転させるトルクを検出するトルク検出部と、
前記トルク検出部が計測するトルク値に基づいて、前記調整ユニットを制御する制御機構部と、
を有し、
前記制御機構部は、前記バルブを開いた状態から前記アジャストスクリューを後退させて前記バルブが閉じる際の前記トルク値を連続的に計測し、前記トルク値の微分値が変化する変曲点を中心とした直前の区間を近似する第１近似線と直後の区間を近似する第２近似線との交点を基準点として検出し、次に、前記アジャストスクリューを、前記基準点よりも前記隙間に基づく設定量だけ後退させることを特徴とする。

このように、アジャストスクリューを後退させてバルブが閉じる際のトルク値を連続的に計測するため、トルク値の微分値が変化する時刻を確実に特定することができる。また、この時刻を中心とした直後の区間を近似する第１近似直線と直前の区間を近似する第２近似直線から交点を求めことにより、トルク値が曲線状に変化する場合であっても、第１近似直線及び第２近似直線は変曲点の近傍に設定されて、前記変曲点に対応する基準点を正確に特定することができる。したがって、この基準点よりも前記隙間に基づく設定量だけ後退させることにより、バルブとアジャストスクリューとの隙間を迅速に且つ高精度に調整することができる。

この場合、前記制御機構部は、前記バルブのバルブヘッドが前記エンジンのバルブシートに接触して前記トルク値の絶対値が減少し始める変曲点を基準点として検出する。また、前記制御機構部は、前記バルブのバルブヘッドが前記エンジンのバルブシートに接触した後に前記アジャストスクリューが前記バルブのエンド部から離間して前記トルク値が一定値となる変曲点を基準点として検出してもよい。

このように、バルブを後退させる際のトルク値の変曲点を基準点として特定することにより、調整ユニットに設けられた工具とアジャストスクリューの係合部とのがたや、駆動系のバックラッシュ等の影響を受けることなく、基準点を高精度に特定することができる。

さらに、前記トルク検出部は、回転駆動源に接続された駆動部と、
前記アジャストスクリューを回転させる工具と連結され、前記駆動部と同軸状の受動部と、
前記駆動部の両方向の回転を前記受動部に伝える駆動力伝達係合部と、
前記駆動力伝達係合部に設けられ、一方の周方向の力を検出するロードセルと、
を有し、
前記ロードセルは、弾性体によって前記一方の周方向に予圧が加えられているとよい。

このようなトルク検出部によれば、ロードセルに対して弾性体により予圧を与えておくことにより隙間がなくなり、不感帯のないトルク計測が可能となるとともに、１つのロードセルを用いた簡便な構成で、双方向のトルクを検出することができる。

さらに、前記ロッカーアームの変位量を検出するロッカーアーム計測部と、
プログラム動作により前記調整ユニットの位置及び向きを設定可能な移動機構部とを備え、
前記移動機構部は、前記ロッカーアーム計測部により計測されたロッカーアームの変位量に基づいて前記調整ユニットの位置及び向きを設定して、前記アジャストスクリューに係合させるようにしてもよい。これにより、調整ユニットとアジャストスクリューとを確実に係合させることができる。

また、本発明に係るタペットクリアランス調整方法は、スプリングによって閉じられたバルブをロッカーアーム先端のアジャストスクリューで押圧することにより開口させるエンジンにおける前記バルブと前記アジャストスクリューとの隙間を調整するタペットクリアランス調整方法において、
前記ロッカーアーム先端から前記アジャストスクリューを進退させて突出量を調整する調整ユニットと、
前記アジャストスクリューを回転させるトルクを検出するトルク検出部と、
前記トルク検出部が計測するトルク値に基づいて、前記調整ユニットを制御する制御機構部と、
を用い、
前記制御機構部は、前記バルブを開いた状態から前記アジャストスクリューを後退させて前記バルブが閉じる際の前記トルク値を連続的に計測し、前記トルク値の微分値が変化する変曲点を中心とした直前の区間を近似する第１近似線と直後の区間を近似する第２近似線との交点を基準点として検出し、次に、前記アジャストスクリューを、前記基準点よりも前記隙間に基づく設定量だけ後退させることを特徴とする。

本発明に係るタペットクリアランス自動調整装置及びタペットクリアランス調整方法によれば、簡便な構成により、バルブとアジャストスクリューとの隙間を一層迅速に且つ高精度に調整することができるという効果を達成することができる。

また、トルク検出部の駆動力伝達係合部に設けられた１つのロードセルに対して、弾性体によって周方向に予圧を加えておくことにより簡便、廉価な構成で、双方向のトルクを検出することができる。

以下、本発明に係るタペットクリアランス自動調整装置及びタペットクリアランス調整方法について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１３を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施形態に係るタペットクリアランス自動調整装置１０は、エンジン１２におけるバルブ１４のバルブエンド１６とアジャストスクリュー１８との隙間（以下、タペットクリアランスという）Ｃを調整する装置である。アジャストスクリュー１８は細目の右ねじであって、時計方向に回転させることにより下方に進出する。

図２に示すように、アジャストスクリュー１８は、上端部にマイナス溝１８ａを備えたスクリュー部がロッカーアーム２２の先端部に螺入されており、アジャストナット２３によってダブルナット方式で固定されている。ここで、エンジン１２は、スプリング２０によって閉じられたバルブ１４のバルブエンド１６をロッカーアーム２２先端のアジャストスクリュー１８で押圧することにより開口させる型式のものである。つまり、ロッカーアーム２２はカム２４により駆動され、アジャストスクリュー１８でバルブエンド１６を押圧してバルブ１４を開口させ、燃料ガス又は排気ガスの吸排気を行っている。また、ロッカーアーム２２が原位置に戻ることにより、スプリング２０の弾発作用によってバルブ１４は再び閉じる。

タペットクリアランスＣを調整する際、カム２４は凸部が下方に指向するように設定されており、ロッカーアーム２２は原位置に戻っている。したがって、吸気側及び排気側ともバルブ１４は吸気管及び排気管を閉じる位置に設定されているとともに、カム２４に連動したピストン２６は上死点まで上昇した位置にあって燃焼室２８は狭い空間となっている。

アジャストスクリュー１８は、アジャストナット２３を緩めた状態で背面のマイナス溝１８ａにドライバ（工具）７２を差し込んで回すことにより進退し、タペットクリアランスＣが変化し、適値となったところでアジャストナット２３を締めて固定される。

図１に戻り、タペットクリアランス自動調整装置１０は、アジャストナット２３を緩めた後にアジャストスクリュー１８を進退させる調整ユニット３４と、プログラム動作により該調整ユニット３４を任意の位置及び向きに移動させることのできるロボット（移動機構部）３６と、アジャストスクリュー１８を回転させるトルクを検出するトルク検出部３８と、トルク検出部３８が計測するトルク値Ｔに基づいて、調整ユニット３４を制御する制御機構部５４とを有する。

制御機構部５４は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）６２とロボットコントローラ６４とを有する。ＰＬＣ６２は、トルク値Ｔを連続的に所定のデータレジスターに保存し、確実な微分値の演算処理を行い、該演算処理の結果等に基づいて調整ユニット３４を制御するとともにロボットコントローラ６４に所定のタイミング信号を送信する。ロボットコントローラ６４は、受信したタイミング信号に基づいてロボット３６に所定の動作を行わせ、該ロボット３６の動作によって先端部がアジャストスクリュー１８に当接するように移動させる。ロボット３６は多軸型の産業用ロボットである。

図３及び図４に示すように、調整ユニット３４はロボット３６の先端部に設けられており、アジャストスクリュー１８及びアジャストナット２３を操作する円柱状の作業部７０と、作業部７０の軸心部先端に設けられたドライバ７２と、該ドライバ７２を駆動するドライバ駆動部７４と、ドライバ７２の周囲に同軸状に設けられたソケット７６と、該ソケット７６を駆動するナットランナ７８と、ソケット７６の進退量を計測するために板片８０ａを検出座７６ａに当接させる空気圧シリンダ８０と、板片８０ａに連結されて検出座７６ａの位置を計測することによりロッカーアーム２２の変位量をリアルタイムで検出するマグネスケール（ロッカーアーム計測部）８２とを有する。空気圧シリンダ８０及びマグネスケール８２は、ロボット３６に対する接続ブラケット８４に設けられている。空気圧シリンダ８０は計測を目的に供せられるものであって大きな出力は必要なく、小型軽量のもので足りる。

ドライバ駆動部７４は、作業部７０と同軸状で、接続ブラケット８４の上面にケーシング８６を介して設けられている。ナットランナ７８はドライバ駆動部７４と隣接平行に設けられておりケーシング８６の上面から上方に延在している。

作業部７０は、接続ブラケット８４から下方に突出するように設けられており、先端部に前記ドライバ７２及び前記ソケット７６が設けられている。作業部７０は、さらに、前記ソケット７６の上部孔に先端部がスプライン形状で嵌合する回動筒体９０と、ケーシング８６内で回動筒体９０に固定された同軸状の受動ギア９２と、回動筒体９０の軸孔部に嵌通するように設けられてドライバ７２における上部穴７２ａに先端部がスプライン形状で嵌合する連結ロッド９４とを有する。

回動筒体９０はケーシング８６内のベアリング９４ａ及び接続ブラケット８４から下面に突出する支持筒８４ａ内のベアリング９４ｂにより回動自在に支持されており、受動ギア９２が回転駆動されることにより回動筒体９０が一体的に回転し、スプラインにより回転が伝達されてソケット７６が回転する。連結ロッド９４は、回動筒体９０の内面に設けられた２つのベアリング９６ａ及び９６ｂにより回動自在に支持されており、連結ロッド９４の上端部に設けられたカップリング９８が回転駆動されることにより連結ロッド９４が一体的に回転し、スプラインにより回転が伝達されてドライバ７２が回転する。

回動筒体９０の側面段差部９０ａとソケット７６の上端面との間にはスプリング１００が設けられており、回動筒体９０は下方に向けて弾発付勢されている。また、ソケット７６の上部には外輪７６ｂが設けられており、該外輪７６ｂが支持筒８４ａの内径環状溝に係合して抜け止めとして作用している。

連結ロッド９４の下端面とドライバ７２における上部穴７２ａの底部との間にはスプリング１０２が設けられており、ドライバ７２は下方に向けて弾発付勢されている。また、ドライバ７２の外径段差部７２ｂがソケット７６の内径段差部７６ｃに係合して抜け止めとして作用している。

ドライバ７２の下方先端部はマイナス溝１８ａに係合するマイナス形状となっており、ソケット７６の下方先端部の内周部はアジャストナット２３に係合する六角のソケット形状である。

ドライバ駆動部７４は回動量Ｒを検出可能なサーボモータ１１０と、該サーボモータ１１０の回転を減速してカップリング９８に伝達する減速器１１１と、前記のトルク検出部３８とを有し、上方から順に直列的に配列されている。

ナットランナ７８はモータ１１４と、該モータ１１４の回転を前記受動ギア９２に減速して伝達する駆動ギア１１６と、駆動ギア１１６の軸部を支持するベアリング１１８ａ、１１８ｂとを有する。モータ１１４の回転軸と駆動ギア１１６との間にはカップリング１２０が設けられている。これらのモータ１１４、駆動ギア１１６、カップリング１２０、受動ギア９２及びベアリング１１８ａ、１１８ｂは、前記受動ギア９２及びベアリング９４ｂとともにケーシング８６内に設けられている。

前記のとおりマグネスケール８２によれば、ロッカーアーム２２の変位量をリアルタイムで検出ことができるため、ロボット３６は、計測されたロッカーアーム２２の変位量に基づいて調整ユニット３４の位置及び向きを設定して、ソケット７６とアジャストナット２３との係合及びドライバ７２とアジャストスクリュー１８との係合を確実に行うことができる。

トルク検出部３８は、段付き円柱状の駆動部１３０と、該駆動部１３０と同軸状で下方に設けられた円筒状の受動部１３２と、駆動部１３０の回転を受動部１３２に伝える駆動力伝達係合部１３４と、駆動力伝達係合部１３４に設けられ、一方の周方向の力を検出するロードセル１３６と、該ロードセル１３６に対して周方向に予圧を加えるスプリング（弾性体）１３８とを有する。

駆動部１３０の下方突出円柱部１３０ａと受動部１３２の内径部との間にはベアリング１４０が設けられており、いわゆるフローティグされた状態となっている。受動部１３２は、カップリング９８及び連結ロッド９４を介してドライバ７２と連結されている。駆動部１３０及び受動部１３２はそれぞれ略同外径である。

図５に示すように、駆動力伝達係合部１３４は、駆動部１３０の側面に設けられ下方（図５中右下方向）に向けて突出する２つの固定ドグ１４２及び１４４と、受動部１３２の側面に設けられて固定ドグ１４２、１４４の間に配置された係合片１４６とを有する。係合片１４６から見て、固定ドグ１４２は側面視左方に配置され、固定ドグ１４４は側面視右方に配置されている。

スプリング１３８の一端は、固定ドグ１４２の右側面に設けられた有底丸穴１４２ａに挿入され、他端は係合片１４６の左側面に設けられた有底丸穴１４６ａに挿入され、やや圧縮されている。ロードセル１３６は係合片１４６の右側面に設けられており、固定ドグ１４４に設けられた押圧調整ボルト１４８の端部に当接している。押圧調整ボルト１４８は、左方向への突出量が調整可能であって、スプリング１３８の圧縮量を調整できる。実際上、ロードセル１３６の計測レンジが１００Ｎである場合、押圧調整ボルト１４８を介してスプリング１３８の圧縮量を調整することにより、無負荷時に５０Ｎ（＝１００Ｎ÷２）の予圧をロードセル１３６に加えておく。これにより、受動部１３２に加わる一方向のトルクはロードセル１３６により５０Ｎ以上の力として比例的に検出され、逆方向のトルクは５０Ｎ以下の力として比例的に検出される。ロードセル１３６によって検出された力はＰＬＣ６２に供給され、５０Ｎの予圧を減算しオフセット量を相殺した後、受動部１３２の径を考慮してトルク値Ｔに換算される。

ところで、歪みゲージにより周方向の歪みを計測する一般的なトルク検出方法では、微小トルク時は歪みが小さく、ドライバ７２を回転させるような微小トルクを検出するのに不適であってしかも直線性に劣る。

一方、前記のトルク検出部３８によれば、１つのロードセル１３６を用いた簡便、廉価な構成で、双方向のトルク値Ｔを検出することができる。また、スプリング１３８により予圧を与えておくことにより、ロードセル１３６と押圧調整ボルト１４８との隙間がなくなり不感帯のないトルク計測が可能である。さらに、駆動部１３０と受動部１３２はベアリング１４０によりフローティングされていることから、微小トルクであっても摩擦の影響がない高精度なトルク計測が可能であり、しかも直線性に優れる。

なお、図６に示すように、エンジン１２は製造ライン上を順次搬送されて所定のステーションで停止してタペットクリアランス自動調整装置１０によってタペットクリアランスＣの調整がなされ、調整後に次ステーションに搬送される。このステーションにはタペットクリアランス自動調整装置１０が２台設けられており、複数のバルブ１４に対応したアジャストスクリュー１８を分担して調整する。タペットクリアランス自動調整装置１０は１つのステーションに３台以上設けられていてもよい。実際上、複数のタペットクリアランス自動調整装置１０のうち、制御機構部５４は共有化が可能である。

次に、このように構成されるタペットクリアランス自動調整装置１０を用いて、エンジン１２におけるタペットクリアランスＣを調整する方法について、図７を参照しながら説明する。

先ず、ステップＳ１において、ロボットコントローラ６４の作用下にロボット３６を動作させて、調整ユニット３４をエンジン１２に対して接近させ、作業部７０（図４参照）のソケット７６をアジャストナット２３に嵌めあわせる。このとき、調整ユニット３４は、ロボットコントローラ６４のプログラム動作により自由度の高いロボット３６を動作させることにより移動するため、エンジン１２の種類によって、ロッカーアーム２２やアジャストスクリュー１８の位置及び向きが異なる場合であっても、柔軟に対応可能である。また、多気筒型のエンジン１２において各気筒のタペットクリアランスＣを１台のタペットクリアランス自動調整装置１０で調整することも可能である。

この際、ソケット７６の先端部がフローティングしながらアジャストナット２３に当節し、その後勘合してロッカーアーム２２に着座する。この後、ソケット７６はスプリング１００を弾性圧縮させながら回動筒体９０にやや接近し、確実にアジャストナット２３に嵌合する。すなわち、ロボット３６はスプリング１００が弾性変形する変位量範囲内の任意の位置でソケット７６をアジャストナット２３に嵌合させることができる。このとき、ロボット３６はマグネスケール８２により計測されたロッカーアーム２２の変位量に基づいて調整ユニット３４の位置及び向きを設定することができ、これによりソケット７６をアジャストスクリュー１８に一層確実に係合させることができる。

なお、この際、スプリング１０２を弾性圧縮させながらドライバ７２がアジャストスクリュー１８のマイナス溝１８ａに係合する。

これ以降ステップＳ１１までの処理においては、ロッカーアーム２２の変位量に基づいてロボット３６をリアルタイムで同期させ、ドライバ７２とマイナス溝１８ａが正確に係合するように制御する。

ステップＳ２において、ナットランナ７８のモータ１１４を回転駆動させることにより回動筒体９０及びソケット７６を回転させてアジャストナット２３を緩め、アジャストナット２３とアジャストスクリュー１８とのダブルナット締結が解除される。これにより、アジャストスクリュー１８が回転可能となり、ドライバ７２による調整を開始することができる。

この際、一旦アジャストナット２３を締める方向に回転させ、ソケット７６に加わるトルクの上昇をトルク検出部３８で検出することによって、ソケット７６とアジャストナット２３との嵌合を確認するようにしてもよい。

ステップＳ３において、ドライバ駆動部７４のサーボモータ１１０を回転駆動させることにより連結ロッド９４、ドライバ７２を回転させてアジャストスクリュー１８を時計方向に回転させる。また、ＰＬＣ６２においてロードセル１３６の計測に基づくトルク値Ｔ及びサーボモータ１１０の回動量Ｒの計測を開始し、所定の微少時間間隔で連続的に計測を行う。なお、スプリング１０２（図３参照）によりドライバ７２はアジャストスクリュー１８に付勢、係合していることから、ドライバ７２の回動量Ｒはアジャストスクリュー１８の進退量と比例的に対応している。したがって、回動量Ｒを計測、制御することはアジャストスクリュー１８の進退量を計測、制御することと等価である。

この時点の時刻をｔ０として、ＰＬＣ６２において計測されたトルク値Ｔ及びサーボモータ１１０の回動量Ｒをグラフとして図８に示す。また、図９にトルク値Ｔの変動とバルブ１４の状態とを対比して示す。

図１０に示すように、このステップＳ３においては、マグネスケール８２により検出されたロッカーアーム２２の変位量に基づいて、調整ユニット３４が適正な位置及び向きとなるように同期動作させるようにすると、アジャストスクリュー１８をスムーズに回転させることができて好適である。具体的には、アジャストスクリュー１８とドライバ７２が同軸状となるように同期させればよい。

すなわち、従来のタペットクリアランス調整装置では、調整ユニット３４に相当する部分が固定式であったため、ドライバ７２とアジャストスクリュー１８のマイナス溝１８ａとの嵌合、及びソケット７６とアジャストナット２３との嵌合が必ずしも精確になされていない場合がある。これに対して、タペットクリアランス自動調整装置１０においては、マグネスケール８２によりロッカーアーム２２の変位量をリアルタイムで検出可能であるとともに、動作の自由度が高いロボット３６に調整ユニット３４が設けられていることから、ロボット３６をロッカーアーム２２の変位量に同期させながらアプローチ角度を変化させ、確実且つスムーズな調整動作を行うことができる。

ステップＳ４において、アジャストスクリュー１８の回転及びロードセル１３６のトルク値Ｔの計測を続行してバルブ１４が開いたことを検出する。つまり、図８において、アジャストスクリュー１８がバルブエンド１６に最初に接触した時刻ｔ１からトルク値Ｔは上昇を開始し、各部品同士のたわみ、伸び及びがたがなくなった時刻ｔ２においてバルブ１４が開いたこととなり、以降、トルク値Ｔはスプリング２０のたわみに応じて緩やかに上昇する。ステップＳ４はサブルーチン処理として行われる（図１１参照）。バルブ１４が開いたことを検出した後ステップＳ５に移る。

ステップＳ５において、ドライバ駆動部７４の作用下にドライバ７２を逆方向に回転させてアジャストスクリュー１８を反時計方向への回転を開始する。この時刻をｔ３として示す。

これによりトルク値Ｔは急速に減少して極性が反転し、絶対値で反転前の値と略等しい値となる時刻ｔ４まで減少する。時刻ｔ４以降、トルク値Ｔはスプリング２０のたわみに応じて緩やかに上昇（絶対値が減少）する。

また、時刻ｔ５においてバルブヘッド１５０がバルブシート１５２に接触した後、トルク値Ｔは急速に上昇（絶対値が減少）し、各部品同士にたわみ、伸び及びがたが生じ、時刻ｔ６においてバルブ１４が完全に閉じて、アジャストスクリュー１８がバルブエンド１６から離間することとなる。時刻ｔ６以降、トルク値Ｔは略０となる。

ステップＳ６において、前記時刻ｔ３の位置を基準として予め設定された規定回転量だけドライバ７２を回転させ、トルク値Ｔが略０となったときにドライバ７２を停止させる。この規定回転量はトルク値Ｔが略０であって、且つタペットクリアランスＣが適正値となる以前の箇所として設定されている。図８において、この箇所における回動位置を一時停止位置Ｒ０として表す。また、時刻ｔ３から時刻ｔ７までの間のトルク値Ｔ及び回動量Ｒは微小間隔毎に記録されており、実質的には連続的に記録されている。

ステップＳ７において、バルブヘッド１５０がバルブシート１５２に接触した時刻ｔ５をサブルーチン処理によって求め、該時刻ｔ５に対応する回動基準位置Ｒ１を基準点として特定する。このサブルーチン処理については後述する（図１２参照）。

ステップＳ８において、ドライバ７２の回転速度をＶｂとして、一時停止位置Ｒ０と回動基準位置Ｒ１との差回動量ΔＲαを、ΔＲα←Ｖｂ×（ｔ７−ｔ５）として求める。差回動量ΔＲαは、時刻ｔ５及びｔ７に対応して記録された一時停止位置Ｒ０と回動基準位置Ｒ１から、ΔＲα←Ｒ１−Ｒ０として求めてもよい。

ステップＳ９において、規定回動量Ｒａと差回動量ΔＲαとの差回動量ΔＲβを、ΔＲβ←Ｒａ−ΔＲαとして求める。規定回動量Ｒａは、バルブヘッド１５０がバルブシート１５２に接触する時点（つまり、時刻ｔ５）の位置からタペットクリアランスＣの設計上規定された適正値（例えば、０．３ｍｍ）となる位置にバルブ１４が移動するまでの回動量とし、計算又は実験によって求められて予め記録されている。

理論上、規定回動量Ｒａは、時刻ｔ５〜時刻ｔ６に対応する第１規定回動量Ｒａ１と、時刻ｔ６〜時刻ｔ７に対応する第２規定回動量Ｒａ２との和として表され、第１規定回動量Ｒａ１及び第２規定回動量Ｒａ２を個別に求めてもよい。

第１規定回動量Ｒａ１は時刻ｔ５に対応する回動基準位置Ｒ１と時刻ｔ６に対応する回動基準位置Ｒ２との差であり、部品同士にたわみや伸びに基づいて求められる。第２規定回動量Ｒａ２はタペットクリアランスＣの設計上規定された適正値をアジャストスクリュー１８のピッチ長さで割った値として求め、又は実験的に求められる。

ステップＳ１０において、前記ステップＳ９の処理が終了した時刻ｔ８（図８参照）後、ドライバ７２によりアジャストスクリュー１８を基準点からさらに反時計方向に差回動量ΔＲβだけ回転させる。これにより、アジャストスクリュー１８は基準点から後退して、タペットクリアランスＣが設計上規定された適正値に極めて近い値となり、この時点でドライバ７２の回転駆動を停止させる。

ステップＳ１１において、ナットランナ７８の作用下にアジャストナット２３を締めてアジャストスクリュー１８を固定する。

ステップＳ１３において、ロボット３６の動作により調整ユニット３４を一旦待避させ、未調整のアジャストスクリュー１８が残っている場合には、当該アジャストスクリュー１８に対してステップＳ１〜Ｓ１１を繰り返して実行する。

次に、バルブ１４が開いたことを検出するためのステップＳ４のサブルーチン処理（図７参照）について、図１１を参照しながら説明する。

先ず、ステップＳ１０１において、初期判定として、連続して検出されたトルク値ＴをＴ_n及びＴ_n+1として表すとき（図９参照）、Ｔ_n+1−Ｔ_n＜Ｋ₁（Ｋ₁及び後述するＫ₂〜Ｋ₅は所定の閾値）である状態が３回以上連続するときは、トルク値Ｔが安定した初期域と判断され、ステップＳ１０３へ移る。該条件が不成立であるときは、対応する時間を１サンプル分ずらして（ステップＳ１０２）、ステップＳ１０１を再実行する。

ステップＳ１０３において、前記ステップＳ１０１で求めた初期域以降で、Ｔ_n+1−Ｔ_n＞Ｋ₂である状態が２回以上連続するときは、トルク値Ｔの上昇域と判断され、ステップＳ１０５へ移る。該条件が不成立であるときは、対応する時間を１サンプル分ずらして（ステップＳ１０４）、ステップＳ１０３を再実行する。

ステップＳ１０５において、前記ステップＳ１０３で求めた上昇域以降で、Ｔ_n+1−Ｔ_n＜Ｋ₃である状態が２回以上連続するときは、トルク値Ｔが上昇を終了したことから、バルブ１４が開いたことが検出され、図１１に示す処理が終了する。該条件が不成立であるときは、対応する時間を１サンプル分ずらして（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０５を再実行する。

このステップＳ１０５の処理は、実質的には微分に基づく処理であり、微分値が所定閾値を下回る状態が所定回数以上連続したときにバルブ１４が開いたと判定することになる。

このような処理によれば、アジャストスクリュー１８がバルブエンド１６に接触した後に、バルブ１４のたわみ等に基づいてトルク値Ｔが上昇する上昇域を確実に検出することができ、それ以前の初期域とそれ以後にバルブ１４が開いた区間とを区別して検出することができる。また、ステップＳ１０５の処理により、バルブ１４が開くまで該バルブ１４を確実に進出させることができる。

次に、時刻ｔ５に対応する回動基準位置Ｒ１を基準点として特定するための前記ステップＳ７におけるサブルーチン処理について、図１２及び図１３を参照しながら説明する。

先ず、ステップＳ２０１において、記憶されたトルク値Ｔを順に検索し、検索する対応時間Ｘ₀とその時点のトルクＴ₀を基準とし、以降連続的に５つの時間Ｘ₁、Ｘ₂、Ｘ₃、Ｘ₄及びＸ₅を仮特定するとともにこれらの各時間に対応するトルクＴ₁、Ｔ₂、Ｔ₃、Ｔ₄及びＴ₅を仮に特定する。

ステップＳ２０２において、Ｔ₁−Ｔ₀＞Ｋ₄、Ｔ₂−Ｔ₁＞Ｋ₄、Ｔ₃−Ｔ₂＞Ｋ₄であるか否かを確認する。該条件が満たされるときには、トルク値Ｔの曲線が確実に上昇していると判断され、時刻ｔ５を超えた区間であることが確認されて、ステップＳ２０４へ移る。該条件が不成立であるときには、対応する時間Ｘ₀を１サンプル分ずらして（ステップＳ２０３）、ステップＳ２０１へ戻り再検索する。

このようにして特定された時間Ｘ₀〜時間Ｘ₅は時刻ｔ５の近傍であって、時刻ｔ５〜時刻ｔ６のうち、例えば、略前半の区間として特定される。

このステップＳ２０２における処理は、実質的に微分に基づく処理であり、時間Ｘ₀は、トルク値Ｔの微分値が変化する変曲点に対応する。

ステップＳ２０４において、時間Ｘ₀〜時間Ｘ₅におけるトルク値Ｔの平均の傾きａを求める。つまり、前記ステップＳ２０１の処理に基づいて６つの点（Ｘ₀、Ｔ₀）、（Ｘ₁、Ｔ₁）、（Ｘ₂、Ｔ₂）、（Ｘ₃、Ｔ₃）、（Ｘ₄、Ｔ₄）及び（Ｘ₅、Ｔ₅）が得られることから、隣接する各点間の５つの傾きａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５を求めた後、これらの平均の傾きａを、ａ←（ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４＋ａ５）／５として求める。このうち、例えば点（Ｘ₀、Ｔ₀）と点（Ｘ₁、Ｔ₁）との間の傾きａ１は、ａ１←（Ｔ₁−Ｔ₀）／（Ｘ₁−Ｘ₀）として求められる。

ステップＳ２０５において、時間Ｘ₀〜時間Ｘ₅におけるトルク値Ｔの平均値Ｔａを、Ｔａ←（Ｔ₁＋Ｔ₂＋Ｔ₃＋Ｔ₄＋Ｔ₅）／５として求める。この平均値Ｔａは、時間Ｘ₀〜時間Ｘ₅におけるトルク値Ｔの代表的な値であって、中間時刻である時間Ｘ₃に対応する。

ステップＳ２０６において、時間Ｘ₀〜時間Ｘ₅の間におけるトルク値Ｔを示す第１近似直線Ｌ１を求める。この第１近似直線Ｌ１は、Ｔ＝ａ・ｔ＋ｂ１として表される。ここで、Ｔはトルク値、ｔは時間のパラメータであり、ａは前記ステップＳ２０４で求めた傾きである。ｂ１はオフセット量であり、前記ステップＳ２０５で求めた平均値Ｔａを用いて、ｂ１←Ｔａ−ａ・Ｘ₃として求められる。

ステップＳ２０７において、時間Ｘ₀よりも以前で順に５つの時間Ｘ_-1、Ｘ_-2、Ｘ_-3、Ｘ_-4及びＸ_-5におけるトルク値Ｔ_-1、Ｔ_-2、Ｔ_-3、Ｔ_-4、Ｔ_-5を読み出す。

ステップＳ２０８において、時間Ｘ_-5〜時間Ｘ₀の間におけるトルク値Ｔを示す第２近似直線Ｌ２を求める。この第２近似直線Ｌ２は、時間ｔに無関係で一定値の、Ｔ＝ｂ２として表される。ここで、ｂ２はオフセット量であって、ｂ２←（Ｔ_-1＋Ｔ_-2＋Ｔ_-3＋Ｔ_-4＋Ｔ_-5）／５として求める。第１近似直線Ｌ１と同様に第２近似直線Ｌ２を所定の傾斜を有する直線として近似してもよいことはもちろんである。また、第１近似直線Ｌ１及び第２近似直線Ｌ２に代えて、最小二乗法等に基づく２次以上の２つの近似曲線を用いてもよい。

ステップＳ２０９において、第１近似直線Ｌ１と第２近似直線Ｌ２との交点ｑ₁を求めて、対応する時間をバルブヘッド１５０がバルブシート１５２に接触する時刻ｔ５として特定する。

ステップＳ２１０において、交点ｑ₁及び時刻ｔ５に対応する回動基準位置Ｒ１を記憶部から検索、又は所定の補間により求めて基準点として特定する。この後、求められた回動基準位置Ｒ１に基づいて前記ステップＳ８以降の処理（図７参照）が行われ、タペットクリアランスＣの調整がなされる。

上述したように、本実施の形態に係るタペットクリアランス自動調整装置１０によれば、アジャストスクリュー１８を後退させてバルブ１４が閉じる際のトルク値Ｔを連続的に計測するため、トルク値Ｔの微分値が変化する時間Ｘ₀を確実に特定することができる。また、この時間Ｘ₀を中心とした直後の区間を近似する第１近似直線Ｌ１と直前の区間を近似する第２近似直線Ｌ２から交点ｑ₁を求めることから、第１近似直線Ｌ１及び第２近似直線Ｌ２はそれぞれ変曲点の近傍に設定される。したがって、例えば時刻ｔ５〜時刻ｔ６の間のトルク値Ｔが曲線状に変化する場合（図１３参照）であっても、該曲線の後半部分は第１近似直線Ｌ１に無関係となり、バルブヘッド１５０がバルブシート１５２に接触する時刻ｔ５に対応する交点ｑ₁を正確に求めることができ、結果として回動基準位置Ｒ１を正確に特定することができる。

また、アジャストスクリュー１８をバルブ１４に接触させる際のポイントを基準点として特定する方法では、アジャストスクリュー１８のねじ部の個体差の影響があり、基準点を高精度に特定することが困難となる場合があるが、本実施の形態に係るタペットクリアランス自動調整装置１０によれば、バルブ１４を後退させる際のトルク値Ｔの変曲点に対応する回動基準位置Ｒ１を基準点として特定することから、ドライバー７２とアジャストスクリュー１８のマイナス溝１８ａとの係合のがたや、駆動系のバックラッシュ等の影響を受けることなく、基準点を高精度に特定することができる。

タペットクリアランス自動調整装置１０による調整においては、全ての処理は制御機構部５４の作用下に自動的に行われるため数名分の作業の省人化が図られ、しかも作業者が行う場合と比較して迅速且つ高精度な調整が可能である。また、プログラム動作により複数の動作を選択的且つ柔軟に行うことができるため、多種・多量のエンジン１２を調整する場合に好適である。

さらに、タペットクリアランス自動調整装置１０が調整するエンジン１２は、シリンダヘッド部、ピストン２６及びクランクケース部等の主要部品が組み立てられた完成品である。つまり、エンジン１２の組み立て工程が終わった後に独立した工程として調整を行うことができ、しかも後の組み立て工程が不要であって、一度行った調整がずれてしまうことがない。また、事前の分解工程等が不要であって手順が簡便である。

さらにまた、タペットクリアランス自動調整装置１０には、ロッカーアーム２２を固定する手段が設けられていないため、調整時に該ロッカーアーム２２は多少変位することがある。しかしながら、タペットクリアランス自動調整装置１０では、トルク値Ｔを連続的に計測し、該トルク値Ｔの微分値に基づいて基準点を特定するため、ロッカーアーム２２の変位に影響されない調整が可能であり、しかもロッカーアーム２２の固定手段が不要で簡便な構成で調整可能である。

なお、前記の例では、バルブヘッド１５０がバルブシート１５２に接触した時刻ｔ５に基づいて交点ｑ₁を求め、該交点ｑ₁に対応する回動基準位置Ｒ１を基準点としたが、アジャストスクリュー１８がバルブエンド１６から離間する時刻ｔ６に基づく交点ｑ₂（図１３参照）を求め、該交点ｑ₂に対応する回動基準位置Ｒ２を基準点としてもよい。この場合、前記ステップＳ２０２において、Ｔ₁−Ｔ₀＜Ｋ₅、Ｔ₂−Ｔ₁＜Ｋ₅、Ｔ₃−Ｔ₂＜Ｋ₅であるか否かを確認する。該条件が満たされるときには、トルク値Ｔが一定値に収束していると判断され、時刻ｔ６を超えた区間であることが確認される。また、前記ステップＳ２０４〜Ｓ２０６における時間Ｘ₀〜時間Ｘ₅に関する処理を、時間Ｘ₀〜時間Ｘ_-5に関する処理に置き換えればよい。これにより、時刻ｔ６の直前の区間を近似する第３近似直線Ｌ３（図１３参照）を示す式が求められる。

さらに、前記ステップＳ２０８における時間Ｘ₀〜時間Ｘ_-5に関する処理を時間Ｘ₁〜時間Ｘ₅に関する処理に置き換えることにより、時刻ｔ６の直後の区間を近似する第４近似直線Ｌ４（図１３参照）を示す式が求められる。実際上、第４近似直線Ｌ４は時間ｔに無関係で一定値であって、時刻ｔ６以降、トルク値Ｔが略０であることが明らかである場合には、第４近似直線Ｌ４を、Ｔ＝０と近似してもよい。

この後、前記ステップＳ２０９に相当する処理において、第３近似直線Ｌ３と第４近似直線Ｌ４との交点ｑ₂を求めることにより時刻ｔ６が特定される。次いで、時刻ｔ６に対応した回動基準位置Ｒ２と一時停止位置Ｒ０との差回動量ΔＲγ（＝Ｒ２−Ｒ０）を求めるとともに、第２規定回動量Ｒａ２と差回動量ΔＲγとの差回動量ΔＲβを、ΔＲβ←Ｒａ２−ΔＲγとして求める。前記のとおり、第２規定回動量Ｒａ２はタペットクリアランスＣの設計上規定された適正値をアジャストスクリュー１８のピッチ長さで割った値として求め、又は実験的に求められる。

このように、タペットクリアランスＣを調整するための基準点としての回動基準位置Ｒ１、Ｒ２は、時刻ｔ５及びｔ６に対応した交点ｑ₁及びｑ₂に基づいて求めることができるが、いずれの箇所を基準点とするかは、エンジン１２の種類毎に実験して検討し、最適となる箇所に基づく方法を選択すればよい。

トルク検出部３８は、ロードセル１３６が１つである型式のものとして説明したが（図５参照）、時計方向回転及び反時計方向回転のトルク値Ｔをそれぞれ個別に検出する２つのロードセル１３６を設けてもよい。この場合、予圧を与えるスプリング１３８を省略してもよい。

本発明に係るタペットクリアランス自動調整装置及びタペットクリアランス調整方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本実施の形態に係るタペットクリアランス自動調整装置のブロック図である。 エンジンの断面図である。 調整ユニットの正面断面図である。 調整ユニットの側面図である。 トルク検出部の一部断面斜視図である。 タペット調整を行うステーションの概略斜視図である。 本実施の形態に係るタペットクリアランス調整方法の手順を示すフローチャートである。 タペットクリアランスを調整する際のトルク値及び回動量のグラフである。 トルク値の変動とバルブの状態とを対比する模式図である。 ロッカーアームの変位量に同期して調整ユニットの向きを変更させる様子を示す模式図である。 バルブが開いたことを検出するためのサブルーチン処理のフローチャートである。 基準点を特定するサブルーチン処理のフローチャートである。 バルブが閉じる際のトルク値を拡大したグラフである。

符号の説明

１０…タペットクリアランス自動調整装置
１４…バルブ １８…アジャストスクリュー
２０、１３８…スプリング ２２…ロッカーアーム
２３…アジャストナット ３４…調整ユニット
３６…ロボット ３８…トルク検出部
５４…制御機構部 ６２…ＰＬＣ
６４…ロボットコントローラ ７０…作業部
７２…ドライバ ７４…ドライバ駆動部
７６…ソケット ７８…ナットランナ
８０…空気圧シリンダ ８２…マグネスケール
１３０…駆動部 １３２…受動部
１３４…駆動力伝達係合部 １３６…ロードセル
９４ａ、９４ｂ、９６ａ、９６ｂ、１１８ａ、１１８ｂ、１４０…ベアリング
１４２、１４４…固定ドグ １４６…係合片
１４８…押圧調整ボルト Ｃ…タペットクリアランス
Ｌ１〜Ｌ４…近似直線 Ｒ…回動量
Ｒ０…一時位置 Ｒ１、Ｒ２…回動基準位置（基準点）
Ｒａ、Ｒａ１、Ｒａ２…規定回動量 Ｔ、Ｔ１〜Ｔ５…トルク値
ｑ₁、ｑ₂…交点

Claims (6)

1. スプリングによって閉じられたバルブをロッカーアーム先端のアジャストスクリューで押圧することにより開口させるエンジンにおける前記バルブと前記アジャストスクリューとの隙間を調整するタペットクリアランス自動調整装置において、
   前記ロッカーアーム先端から前記アジャストスクリューを進退させて突出量を調整する調整ユニットと、
   前記アジャストスクリューを回転させるトルクを検出するトルク検出部と、
   前記トルク検出部が計測するトルク値に基づいて、前記調整ユニットを制御する制御機構部と、
   を有し、
   前記制御機構部は、前記バルブを開いた状態から前記アジャストスクリューを後退させて前記バルブが閉じる際の前記トルク値を連続的に計測し、前記トルク値の微分値が変化する変曲点を中心とした直前の区間を近似する第１近似線と直後の区間を近似する第２近似線との交点を基準点として検出し、次に、前記アジャストスクリューを、前記基準点よりも前記隙間に基づく設定量だけ後退させることを特徴とするタペットクリアランス自動調整装置。
2. 請求項１記載のタペットクリアランス自動調整装置において、
   前記制御機構部は、前記バルブのバルブヘッドが前記エンジンのバルブシートに最初に接触して前記トルク値の絶対値が減少し始める箇所を基準点として検出することを特徴とするタペットクリアランス自動調整装置。
3. 請求項１記載のタペットクリアランス自動調整装置において、
   前記制御機構部は、前記バルブのバルブヘッドが前記エンジンのバルブシートに接触した後に前記アジャストスクリューが前記バルブのエンド部から離間して前記トルク値が一定値となる箇所を基準点として検出することを特徴とするタペットクリアランス自動調整装置。
4. 請求項１記載のタペットクリアランス自動調整装置において、
   前記トルク検出部は、回転駆動源に接続された駆動部と、
   前記アジャストスクリューを回転させる工具と連結され、前記駆動部と同軸状の受動部と、
   前記駆動部の両方向の回転を前記受動部に伝える駆動力伝達係合部と、
   前記駆動力伝達係合部に設けられ、一方の周方向の力を検出するロードセルと、
   を有し、
   前記ロードセルは、弾性体によって前記一方の周方向に予圧が加えられていることを特徴とするタペットクリアランス自動調整装置。
5. 請求項１記載のタペットクリアランス自動調整装置において、
   さらに、前記ロッカーアームの変位量を検出するロッカーアーム計測部と、
   プログラム動作により前記調整ユニットの位置及び向きを設定可能な移動機構部とを備え、
   前記移動機構部は、前記ロッカーアーム計測部により計測されたロッカーアームの変位量に基づいて前記調整ユニットの位置及び向きを設定して、前記アジャストスクリューに係合させることを特徴とするタペットクリアランス自動調整装置。
6. スプリングによって閉じられたバルブをロッカーアーム先端のアジャストスクリューで押圧することにより開口させるエンジンにおける前記バルブと前記アジャストスクリューとの隙間を調整するタペットクリアランス調整方法において、
   前記ロッカーアーム先端から前記アジャストスクリューを進退させて突出量を調整する調整ユニットと、
   前記アジャストスクリューを回転させるトルクを検出するトルク検出部と、
   前記トルク検出部が計測するトルク値に基づいて、前記調整ユニットを制御する制御機構部と、
   を用い、
   前記制御機構部は、前記バルブを開いた状態から前記アジャストスクリューを後退させて前記バルブが閉じる際の前記トルク値を連続的に計測し、前記トルク値の微分値が変化する変曲点を中心とした直前の区間を近似する第１近似線と直後の区間を近似する第２近似線との交点を基準点として検出し、次に、前記アジャストスクリューを、前記基準点よりも前記隙間に基づく設定量だけ後退させることを特徴とするタペットクリアランス調整方法。

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