JP4420229B2 - エンジンのバルブリフト量測定方法及び測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、４サイクルエンジンの吸気バルブのバルブリフト量を測定するためのエンジンのバルブリフト量測定方法及び測定装置に関するものである。

４サイクルエンジンにおいては、吸排気バルブを所定のタイミングで円滑に開閉するため、エンジン組立工程において、バルブタイミング及びバルブクリアランスを正確に測定、調整する必要がある。そこで、バルブタイミング及びバルブクリアランスを測定、調整するための先行技術として、例えば特許文献１には、接触式の変位センサを利用して自動的にバルブクリアランスを調整するバルブクリアランス調整装置が開示されており、また、特許文献２には、エンジンのクランク軸を外部動力によって回転させ、吸気ポート及び排気ポート内に生じる圧力変動を圧力センサによって検出することによってバルブタイミングを測定するバルブタイミング測定方法が開示されている。
特開昭６１−１８２５４８号公報 特開平７−１０９９０９号公報

更に、自動車用４サイクルエンジンにおいて、吸気バルブのリフト量を変化させる可変バルブリフト機構を設け、運転状態に応じてバルブリフト量を変化させることにより、吸気流量を調整して、エンジン出力、燃費、排気エミッション等を制御可能とした技術が知られている。

この種の可変バルブリフト機構を備えたエンジンにおいて、上述のバルブリフト量の変化による制御を適確に行うためには、各気筒のバルブリフト量を均一に調整することが重要であり、このため、エンジン組立工程において、各気筒のバルブリフト量を測定、調整する必要がある。バルブリフト量を測定する方法としては、例えば、図７に示すように、エンジン１の吸気ポート２を開閉する吸気バルブ３の端部に対向させて、非接触式の変位センサ４を設置し、モータ等の外部動力（図示せず）によってクランク軸を回転させ、カム軸５によって所定のタイミングで開閉される吸気バルブ３の変位量（バルブリフト量）を変位センサ４によって、直接、測定することが考えられる。

しかしながら、このように吸気バルブ３のリフト量を変位センサ４によって、直接、測定する方法では、変位センサ４の測定ヘッドと吸気バルブ３の端部とのクリアランスの調整及び変位センサ４のキャリブレーションを測定毎に行う必要があるため、段取りに時間がかかり、生産性が低下するという問題がある。なお、図７中、符号６はシリンダ、７はピストン、８は排気ポート、９は排気バルブを示す。

本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、吸気バルブの変位を直接、計測することなく、バルブリフト量を効率よく測定することができるエンジンのバルブリフト量測定方法及び測定装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１の発明に係るエンジンのバルブリフト量測定方法は、測定すべきエンジンのクランク軸を外部から所定速度で回転させ、吸気ポートの吸入流量を検出し、該吸入流量のピーク値に基づいて吸気バルブのバルブリフト量を測定することを特徴とする。
請求項２の発明に係るエンジンのバルブリフト量測定方法は、上記請求項１の構成において、吸気ポートの吸入流量ピーク値とバルブリフト量との関係を表す制御制御マップを用いてバルブリフト量を測定することを特徴とする。
請求項３の発明に係るエンジンのバルブリフト量測定装置は、測定すべきエンジンのクランク軸を所定速度で駆動する外部駆動手段と、前記エンジンの吸気ポートの吸入流量を検出する流量検出手段と、前記クランク軸の回転角を検出する回転角検出手段と、前記流量検出手段及び前記回転角検出手段の出力信号を入力して前記吸気ポートの吸入流量のピーク値及び前記クランク軸の回転角に基づいて前記エンジンの吸気バルブのバルブリフト量を測定する測定手段とを備えていることを特徴とする。
請求項４の発明に係るエンジンのバルブリフト量測定装置は、上記請求項３の構成において、前記測定手段は、吸気ポートの吸入流量ピーク値とバルブリフト量との関係を表す制御マップを用いてバルブリフト量を測定することを特徴とする。

本発明に係るエンジンのバルブリフト量測定方法及び測定装置によれば、吸気バルブの変位を直接、計測することなく、吸気ポートの吸入流量に基づいて、バルブリフト量を測定することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態に係るエンジン１０は、４サイクル直列４気筒エンジンであり、各気筒の燃焼室１１に連通する＃１〜＃４の４つの吸気ポート１２を備えている。各吸気ポート１２には、吸気バルブ１３が設けられている。吸気バルブ１３は、通常は、バルブスプリング１４のばね力によってバルブシート１５に着座して、吸気ポート１２を閉じており、動弁装置１６によってバルブステム１７の端部が押圧され、バルブスプリング１４のばね力に抗して移動して、バルブシート１５からリフトすることにより、吸気ポート１２を開く。

動弁装置１６は、吸気バルブ１３をリフトするためのカム軸１８を有し、更に、吸気バルブ１３の開閉タイミング及びバルブリフト量を連続的に変化させるための可変機構１９が設けられている。これにより、エンジン１０は、その運転状態に応じて吸気バルブ１３のバルブタイミングに加えて、バルブリフト量を連続的に変化させて吸気流量を調整することにより、エンジン出力、燃費、排気エミッション等を制御することができる。なお、図２中、符号２０はシリンダ、２１はピストン、２２は排気ポート、２３は排気バルブ、を示し、図１中、符号２４はクランク軸を示す。

バルブリフト量測定装置２５は、エンジン１０の各吸気ポート１２に装着される流量センサ２６（流量検出手段）と、エンジン１０のクランク軸２４を駆動する駆動モータ２７（外部駆動手段）と、クランク軸２４の回転角を検出するクランク角センサ２８（回転角検出手段）と、流量センサ２６及びクランク角センサ２８からの出力信号を入力し、これらの信号に基づいて吸気バルブ１３のバルブリフト量を測定する測定ユニット２９（測定手段）と、測定ユニット２９による測定結果を表示する表示ユニット３０とを備えている。

流量センサ２６は、吸気ポート１２の吸入流量を検出して、吸入流量に応じた電気信号を出力するものであり、本実施形態では、応答性及び測定精度を考慮して差圧式のものが用いられているが、他の形式のものでもよい。駆動モータ２７は、電動モータ及び減速機等からなり、エンジン１０のクランク軸２４を所定の回転速度で安定して駆動することができるものである。クランク角センサ２８は、クランク軸２４の回転角（回転位置）を検出して、回転角に応じた電気信号を出力するものである。なお、通常、エンジン１０には、その運転を制御するためにクランク角センサ２８が組込まれている場合が多いので、この場合には、クランク角センサ２８を別途設ける必要はなく、エンジン１０に組込まれたクランク角センサ２８に測定ユニット２９を接続すればよい。

測定ユニット２９は、流量センサ２６及びクランク角センサ２８の出力信号を入力して、それらをマイクロプロセッサベースの演算処理装置によって処理することにより、各吸気バルブ１３のバルブリフト量を演算し、バルブリフト量が所定の許容範囲内にあるか否かを判定するようになっている。表示ユニット３０は、測定ユニット２９によって演算された各吸気バルブ１３のバルブリフト量及びそれらが許容範囲内にあるか否かの判定結果を表示するようになっている。

次に、測定ユニット２７の演算処理装置によるバルブリフト量の演算方法について、図３乃至図６を参照して説明する。

図５に示すように、一般的に、エンジンのクランク軸が一定の速度で回転しているとき、吸気バルブのバルブリフト量と吸気ポートの吸入流量のピーク値とは一定の関係があることに着目して、エンジン１０と同じ特性を有し、バルブリフト量のみが異なる複数のマスタエンジンＭ１、Ｍ２、…を用意し、マスタエンジンＭ１、Ｍ２、…について、所定のクランク軸回転速度で吸気ポートの吸入流量ピーク値を実際に測定して、吸入流量ピーク値とバルブリフト量との関係を表す吸入流量ピーク値−リフト量マップ（制御マップ）を作成する。このようにして作成した吸入流量ピーク値−リフト量マップを測定ユニット２９の演算処理装置に予め記憶しておく。

図３に示すように、エンジン１０のクランク軸２４の複数回転分（例えば数十回転分）について、クランク角センサ１４及び＃１〜４の各気筒の流量センサ２６の出力信号を入力する。

図４に示すように、各気筒について、１サイクル（クランク軸２回転）毎の吸入流量ピーク値Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、…を決定し、これらを平均化処理して、吸入流量ピーク値Ｑを決定する。これにより、外乱等の影響を低減して、測定精度を高めることができる。

図６に示すように、このようにして決定した吸入流量ピーク値Ｑを上述の演算処理装置に記憶された吸入流量ピーク値−リフト量マップに照らして、その吸入流量ピーク値Ｑに対応する吸気バルブ１３のバルブリフト量を演算する。このようにして、クランク角信号及び吸入流量信号に基づいて、各吸気バルブ１３のバルブリフト量を測定することができる。

以上のように構成した、本実施形態の作用について、次に説明する。
図１及び図２に示すように、測定すべきエンジン１０のクランク軸２４に駆動モータ２７を連結し、各吸気ポート１２に流量センサ２６を装着し、クランク角センサ２８を測定ユニット２９に接続する。駆動モータ２７によってエンジン１０のクランク軸２４を所定の速度で回転させる。このとき、エンジン１０の可変機構１９を所定位置で固定して、吸気バルブ１３が一定のタイミング及びバルブリフト量で作動されるようにする。流量センサ２６及びクランク角センサ２８の出力信号を測定ユニット２９に入力し、測定ユニット２９によって上述の演算処理を行う。すなわち、吸入流量ピーク値Ｑを予め記憶された吸入流量ピーク値−リフト量マップに照らして、その吸入流量ピーク値Ｑに対応する各吸気バルブ１３のバルブリフト量を演算し、バルブリフト量が所定の範囲内にあるか否かを判定する。測定ユニット２９によって測定したバルブリフト量及びこれらが許容範囲内にあるか否かの判定結果を表示ユニット３０によって表示する。

このようにして、エンジン１０の各吸気バルブ１３のバルブリフト量を測定することができ、これらが許容範囲内にあるか否かを判定することができる。流量センサ２６は、エンジン１０への装着の際、クリアランスの調整及びキャリブレーションが不要であり、また、クランク角センサ２８は、通常、エンジン１０に組込まれているため、段取りが容易であり、効率よくバルブリフト量の測定を行うことができ、生産性を高めることができる。

本発明の一実施形態に係るバルブリフト量測定装置の概略構成を示すブロック図である。 図１に示すバルブリフト量測定装置の流量センサが吸気ポートに装着されたエンジンを示す概略縦断面図である。 図１に示すバルブリフト量測定装置におけるクランク角センサ及び流量センサの出力信号を示すグラフ図である。 クランク角センサ及び流量センサの出力信号から吸入流量ピーク値を演算する手順を示すグラフ図である。 マスタエンジンを用いて吸気流量ピーク値とバルブリフト量との関係を示す吸入流量ピーク値−リフト量マップを作成する手順を示すグラフ図である。 図５に示す手順で作成した吸気流量ピーク値−リフト量マップを用いて吸入流量ピーク値からバルブリフト量を求める手順を示すグラフ図である。 非接触式の変位センサを用いてバルブリフト量を測定する方法を示す説明図である。

符号の説明

１０ エンジン、１２ 吸気ポート、１３ 吸気バルブ、２４ クランク軸、２５ バルブリフト量測定装置、２６ 流量センサ（流量検出手段）、２７ 駆動モータ（外部駆動手段）、２８ クランク角センサ（回転角検出手段）、２９ 測定ユニット（測定手段）

Claims (4)

1. 測定すべきエンジンのクランク軸を外部から所定速度で回転させ、吸気ポートの吸入流量を検出し、該吸入流量のピーク値に基づいて吸気バルブのバルブリフト量を測定することを特徴とするエンジンのバルブリフト量測定方法。
2. 吸気ポートの吸入流量ピーク値とバルブリフト量との関係を表す制御マップを用いてバルブリフト量を測定することを特徴とする請求項１に記載のエンジンのバルブリフト量測定方法。
3. 測定すべきエンジンのクランク軸を所定速度で駆動する外部駆動手段と、前記エンジンの吸気ポートの吸入流量を検出する流量検出手段と、前記クランク軸の回転角を検出する回転角検出手段と、前記流量検出手段及び前記回転角検出手段の出力信号を入力して前記吸気ポートの吸入流量のピーク値及び前記クランク軸の回転角に基づいて前記エンジンの吸気バルブのバルブリフト量を測定する測定手段とを備えていることを特徴とするエンジンのバルブリフト量測定装置。
4. 前記測定手段は、吸気ポートの吸入流量ピーク値とバルブリフト量との関係を表す制御マップを用いてバルブリフト量を測定することを特徴とする請求項３に記載のエンジンのバルブリフト量測定装置。

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