JP4571481B2 - バルブクリアランス評価用データベース作成方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの生産過程で、エンジンを回転させてインテークバルブ及びエキゾーストバルブの各バルブのバルブクリアランスを評価する際に用いるデータベースの作成方法に関する。

従来、エンジンの生産過程では、出荷品質を確保するために、生産したエンジンを回転させてインテークバルブ及びエキゾーストバルブの各バルブのバルブクリアランスを評価し、不良の場合には再調整するようにしている。

このようなバルブクリアランスの評価方法として、本出願人は、例えば、エンジンの各バルブの近傍における振動を検出して、その検出されたエンジン振動信号から対応するバルブの駆動に関連する振動ピークを抽出し、その振動ピークの発生タイミングからバルブクリアランスを評価するようにしたものを既に提案している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２１４５５号公報

ところで、バルブを駆動するカムの１回転のカムリフトによるバルブリフト期間は、図９に示すように、バルブクリアランス（Ｖ／Ｃ）が小さいときは、バルブが早めに開いて遅く閉じるために長くなり、バルブクリアランスが大きいときは、バルブが遅れて開いて早めに閉じるために短くなる。

従って、特許文献１に開示のように、エンジン振動信号から対応するバルブの駆動に関連する振動ピークを抽出すると、バルブの開及び閉の振動ピークの発生タイミングは、図９に示すように、バルブクリアランスに応じてセット、即ち対となって変化することになる。なお、図９において、横軸はクランク角度（°ＣＡ）を示している。

このため、特許文献１に開示のように、バルブの振動ピーク発生タイミングからバルブクリアランスを評価する場合には、バルブクリアランスとバルブの振動ピーク発生タイミングとの相関関係を予め把握してデータベースとして作成しておく必要がある。

このデータベースの作成方法としては、上記の相関関係を実験により取得する方法と、バルブを駆動するカムのカムリフトを表わすカムプロフィールに基づいて上記の相関関係を演算により取得する方法との２つの方法が従来から知られている。

しかしながら、実験により相関関係を取得する方法は、各々のバルブクリアランス毎に実際に得られたバルブの振動ピーク発生タイミングデータ（クランク角度）を取得するので、相関の精度を高くできる反面、バルブクリアランス毎に実験してバルブの振動ピーク発生タイミングデータを得る必要があるため、データベースの作成に莫大な工数がかかることが懸念される。

これに対し、カムプロフィールに基づいて相関関係を演算により取得する方法は、設計データを使用してバルブクリアランス毎のバルブの振動ピーク発生タイミングを解析するので、少ない工数でデータベースを作成できる反面、カム等の各部品についての設計データからの誤差が反映されないため、相関の精度が低くなることが懸念される。

従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、バルブクリアランスを評価するためのバルブクリアランスとバルブの振動ピーク発生タイミングとの相関関係を示すデータベースを、高い相関精度で、しかも少ない工数で簡単に作成できるバルブクリアランス評価用データベース作成方法を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に記載のバルブクリアランス評価用データベース作成方法の発明は、回転中のエンジンからの発生音またはエンジンの振動に基づく振動データから抽出されるバルブの振動ピーク発生タイミングとバルブクリアランスとの相関関係を示すバルブクリアランス評価用データベースを作成する方法において、前記バルブを駆動するカムは、クランク角度とカムリフトとの関係が直線部分と曲線部分とを有するカムプロフィールを有し、該カムプロフィールの直線部分から少なくとも２点及び曲線部分から少なくとも３点を選択し、該選択されたカムリフトに対応するバルブクリアランスを設定値として設定するとともに、上記バルブクリアランスが上記設定値にあるときの各々の振動ピーク発生タイミングを上記振動データに基づいて検出するタイミング検出工程と、上記バルブクリアランスの上記設定値及びその各々について検出した上記振動ピーク発生タイミングと、上記バルブを駆動するカムのカムプロフィールとに基づいて、上記バルブクリアランスが上記設定値以外にあるときの振動ピーク発生タイミングを演算により補間するタイミング補間工程と、を含むことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１のバルブクリアランス評価用データベース作成方法において、上記タイミング検出工程は、上記バルブクリアランスが第１設定値にあるときに得られる第１振動データに基づいて、上記第１設定値における第１振動ピーク発生タイミングを検出し、該検出した第１振動ピーク発生タイミングと上記バルブを駆動するカムのカムプロフィールとに基づいて、上記バルブクリアランスが第１設定値と異なる第２設定値にあるときに得られる振動ピーク発生タイミングを、上記第１振動ピーク発生タイミングからの変化量として算出し、該算出した変化量、上記第１振動データ及び上記バルブクリアランスが上記第２設定値にあるときに得られる第２振動データに基づいて、上記第２設定値における第２振動ピーク発生タイミングを特定することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２のバルブクリアランス評価用データベース作成方法において、上記タイミング検出工程における上記バルブクリアランスの異なる設定値は、上記バルブのバルブクリアランス公差範囲の上限値、中央値及び下限値を含むことを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１のバルブクリアランス評価用データベース作成方法において、前記カムプロフィールの直線部分から選択される２点は、該直線部分の始点と終点とを含み、前記カムプロフィールの曲線部分から選択される３点は、該曲線部分の始点、中央点及び終点を含むことを特徴とする。

請求項１の発明によると、バルブクリアランスの異なる設定値における各振動ピーク発生タイミングを振動データに基づいて実際に検出し、その他のバルブクリアランスにおける振動ピーク発生タイミングは、バルブクリアランスの異なる設定値及びその各々について実際に振動データに基づいて検出した振動ピーク発生タイミングと、バルブを駆動するカムのカムプロフィールとに基づいて演算により補間するので、バルブクリアランスとバルブの振動ピーク発生タイミングとの相関関係を示すデータベースを、高い相関精度で、しかも少ない工数で簡単に作成することができる。

請求項２の発明によると、バルブクリアランスが第２設定値にあるときの第２振動ピーク発生タイミングの検出精度を高めることができるので、より高い相関精度を有するデータベースを作成することができる。

請求項３の発明によると、バルブクリアランス公差範囲の上限値、中央値及び下限値を設定値として、その各々の設定値において実際に得られる振動データに基づいて振動ピーク発生タイミングを検出するので、最小限の実測値に基づきバルブクリアランスの評価に必要なデータベースを高い相関精度で作成することができる。

以下、本発明によるバルブクリアランス評価用データベース作成方法の実施の形態について説明する。

（第１実施の形態）
図１乃至図７は第１実施の形態を示すもので、図１は本実施の形態におけるデータベース作成方法の順次の工程を示す図、図２はカムプロフィールから得られるクランク角度とカムリフトとの関係を示す図、図３はバルブクリアランスとクランク角度との関係を示す部分拡大図、図４は振動ピーク発生タイミングの一例の検出方法を説明するためのフローチャート、図５は図４のステップＳ１２での処理を説明するための図、図６は同じく図４のステップＳ１３での処理を説明するための図、図７は作成したデータベースの一例を示す図である。

図１に示すように、本実施の形態では、先ず、タイミング検出工程（ステップＳ１）において、各バルブについて異なるバルブクリアランスを設定しながら、各設定値において実際にエンジンを回転してその発生音またはエンジンの振動を検出し、その振動データに基づいてバルブ開き及び閉じの振動ピーク発生タイミング（クランク角度）を検出する。

次に、タイミング補間工程（ステップＳ２）において、各バルブについて、ステップＳ１で検出した振動ピーク発生タイミング及びそのバルブクリアランス設定値と、当該バルブを駆動するカムのカムプロフィールとに基づいて、当該バルブのバルブクリアランスが設定値以外のバルブクリアランスにあるときのバルブ開き及び閉じの振動ピーク発生タイミングを演算により補間する。

その後、データベース作成工程（ステップＳ３）において、ステップＳ１で実際にエンジンを回転して検出した各バルブクリアランス設定値における振動ピーク発生タイミングと、ステップＳ２で演算により補間した他のバルブクリアランスにおける振動ピーク発生タイミングとにより、バルブクリアランスと振動ピーク発生タイミングとの相関関係を示すデータベースを作成する。

以下、上記の各ステップについて、更に詳細に説明する。

各バルブを駆動するカムのカムプロフィールから得られるクランク角度とカムリフトとの関係は、図２に示すように、複数の曲線部分Ａと複数の直線部分Ｂとを有しているので、当該バルブのバルブクリアランスとクランク角度との関係も、原理的には、図３に部分拡大図を示すように、図２の各曲線部分Ａに対応する曲線部分ａと、図２の各直線部分Ｂに対応する直線部分ｂとを有することになる。

そこで、ステップＳ１では、曲線部分ａについては、少なくとも３点、例えば図３に示すように、その曲線部分ａの始点Ｓ、中央点Ｃ及び終点Ｅの３点をバルブクリアランスの設定値として、各設定値においてエンジンを実際に回転してその発生音またはエンジンの振動を検出し、その振動データに基づいて振動ピーク発生タイミングを検出する。

また、直線部分ｂについては、少なくとも２点、好ましくはその直線部分ｂの始点及び終点をバルブクリアランスの設定値として、これら各設定値において、同様にエンジンを実際に回転してその発生音またはエンジンの振動を検出し、その振動データに基づいて振動ピーク発生タイミングを検出する。なお、この直線部分ｂにおけるバルブクリアランスの設定値は、図２から明らかなように、クランク角度の増加に従ってバルブクリアランスの直線部分ｂと曲線部分ａとが交互に繰り返されるので、隣接する曲線部分ａの始点及び／または終点とすることができる。

具体的には、先ず、バルブクリアランスを調整して予め規定した第１設定値とし、そのときにエンジンを回転して得られる第１振動データ及びクランク角検出信号に基づいて、コンピュータ等を有してなるデータベース作成装置により第１設定値での第１振動ピーク発生タイミング（バルブ開き及び閉じのクランク角度）を検出する。これら第１設定値、第１振動データ及び第１振動ピーク発生タイミングは、例えばデータベース作成装置内のメモリ内に格納すると共に、このメモリ内には当該バルブを駆動するカムのカムプロフィールを予め格納しておく。

その後、バルブクリアランスを第１設定値と異なる予め規定した第２設定値に調整し、そのときにエンジンを回転して得られる第２振動データ及びクランク角検出信号に基づいて、第２振動ピーク発生タイミング（バルブ開き及び閉じのクランク角度）を検出する。

この第２振動ピーク発生タイミングの検出にあたっては、例えば、図４にフローチャートを示すように、データベース作成装置に対する入力情報として、先に格納したカムプロフィール、バルブクリアランスの第１設定値、第１振動データ及び第１振動ピーク発生タイミングの他に、バルブクリアランスの第２設定値及びそのときにエンジンを回転して得られた第２振動データを得る（ステップＳ１１）。

その後、データベース作成装置においては、入力情報に基づいて、バルブクリアランスが第２設定値にあるときに得られる振動ピーク発生タイミングを、第１振動ピーク発生タイミングからの変化量として算出する（ステップＳ１２）。

即ち、図５に示すように、カムプロフィールに基づいて、バルブクリアランスが第２設定値ＶＣ２にあるときに得られる振動ピーク発生タイミングＶ２ｐ′を、バルブクリアランスが第１設定値ＶＣ１にあるときに検出した第１振動ピーク発生タイミングＶ１ｐからの変化量δ（°ＣＡ）として算出する。

次に、算出した変化量、第１振動データ及び第２振動データに基づいて、バルブクリアランスが第２設定値にあるときの第２振動ピーク発生タイミング（バルブ開き及び閉じのクランク角度）を特定する（ステップＳ１３）。

即ち、図６に示すように、算出した変化量δを参考にして、バルブクリアランスが第１設定値にあるときの第１振動データＶ１と、バルブクリアランスが第２設定値にあるときの第２振動データＶ２とを比較し、第１振動データＶ１の第１振動ピーク発生タイミングＶ１ｐからδ離れた付近における第２振動データＶ２のピークのタイミングを第２振動ピーク発生タイミングＶ２ｐとして特定する。なお、図６は、バルブ開きまたは閉じの一方の振動データを示している。

以上のようにして第２振動ピーク発生タイミングを特定し、その特定結果を出力する（ステップＳ１４）。

バルブクリアランスの他の設定値における振動ピーク発生タイミングについても、上述した第２設定値における第２振動ピーク発生タイミングと同様にして特定する。

図１のステップＳ２では、バルブクリアランス設定値間のバルブクリアランスに対する振動ピーク発生タイミングを、設定値間が図３に示す直線部分ｂであれば、その直線部分ｂの始点及び終点の各バルブクリアランス設定値において検出した振動ピーク発生タイミングと、その各バルブクリアランス設定値とを用いて、バルブクリアランスに対する振動ピーク発生タイミングを表す１次関数を生成し、その１次関数により当該直線部分ｂにおけるバルブクリアランス設定値間の振動ピーク発生タイミングを演算して補間する。

また、バルブクリアランス設定値間が図３に示す曲線部分ａであれば、その曲線部分ａの始点Ｓ、中央点Ｃ及び終点Ｅの各バルブクリアランス設定値において検出した振動ピーク発生タイミングと、その各バルブクリアランス設定値とを用いて、例えば最小二乗法によりバルブクリアランスに対する振動ピーク発生タイミングを表す２次関数の近似式を得、その２次関数により当該曲線部分ａにおける始点Ｓと中央点Ｃとのバルブクリアランス設定値間及び中央点Ｃと終点Ｅとのバルブクリアランス設定値間の振動ピーク発生タイミングをそれぞれ演算して補間する。

その後、図１のステップＳ３において、ステップＳ１で実際にエンジンを回転して検出した各バルブクリアランス設定値における振動ピーク発生タイミングと、ステップＳ２で演算により補間した各直線部分ｂの振動ピーク発生タイミング及び各曲線部分ａの振動ピーク発生タイミングを、クランク角度順につなぎ合わせて、図７に示すようなバルブクリアランスと振動ピーク発生タイミング（クランク角度）との相関関係を示すデータベースを作成する。

このように、本実施の形態では、カムプロフィールに基づいて得られるバルブクリアランスと振動ピーク発生タイミングとの関係が２次関数で表される曲線部分では始点、中央点及び終点を含むように複数のバルブクリアランスを設定して、その各設定値における振動ピーク発生タイミングを実際にエンジンを回転して得られる振動データに基づいて検出し、バルブクリアランス設定値間のバルブクリアランスに対する振動ピーク発生タイミングは、検出した振動ピーク発生タイミングに基づいて演算して補間するようにしたので、バルブクリアランスと振動ピーク発生タイミングとの相関関係を示すデータベースを、高い相関精度で、しかも少ない工数で簡単に作成することができる。

しかも、バルブクリアランスが第１設定値にあるときの第１振動ピーク発生タイミングは、そのときに得られる第１振動データから検出し、他のバルブクリアランス設定値にあるときの振動ピーク発生タイミングは、検出した第１振動ピーク発生タイミングとカムプロフィールとに基づいて算出される発生タイミングの変化量と、第１振動データと、当該他のバルブクリアランス設定値にあるときに得られる振動データとに基づいて特定するようにしたので、その検出精度を高めることができ、より高い相関精度を有するデータベースを作成することができる。

（第２実施の形態）
図８は、本発明の第２実施の形態を説明するための図である。

本実施の形態では、各バルブについて、バルブクリアランス設定値を、そのバルブクリアランス公差範囲の上限値Ｈ、中央値Ｍ及び下限値Ｌに設定するようにして、その各設定値Ｈ、Ｍ、Ｌについて、第１実施の形態と同様にして、エンジンを回転して得られる振動データに基づいて振動ピーク発生タイミングを検出し、その検出した各振動ピーク発生タイミングとカムプロフィールとに基づいて、バルブクリアランスが設定値以外にあるときの振動ピーク発生タイミングを演算により補間して、図７と同様のデータベースを作成する。

なお、バルブクリアランス設定値である公差範囲の上限値Ｈ、中央値Ｍ及び下限値Ｌの各設定値間のバルブクリアランスは、第１実施の形態と同様に、これらの設定値が図３において直線部分ｂにある場合には、上限値Ｈ及び下限値Ｌと、その各設定値において振動データに基づいて検出した振動ピーク発生タイミングとを用いて生成される１次関数により演算して補間し、曲線部分ａにある場合には、上限値Ｈ、中央値Ｍ及び下限値Ｌと、その各設定値において振動データに基づいて検出した振動ピーク発生タイミングとを用いて、例えば最小二乗法によりバルブクリアランスに対する振動ピーク発生タイミングを表す２次関数の近似式を得、その２次関数により上限値Ｈと中央値Ｍとの設定値間及び中央値Ｍと下限値Ｌとの設定値間の振動ピーク発生タイミングをそれぞれ演算して補間する。

このように、本実施の形態では、バルブクリアランス公差範囲の上限値Ｈ、中央値Ｍ及び下限値Ｌをそれぞれバルブクリアランス設定値として、その各設定値における振動ピーク発生タイミングを、エンジンを回転して得られる振動データに基づいて検出し、その検出した振動ピーク発生タイミングとカムプロフィールとに基づいて、設定値間のバルブクリアランスにおける振動ピーク発生タイミングを演算して補間するようにしたので、最小限の実測値に基づきバルブクリアランスの評価に必要なデータベースを、高い相関精度で簡単に作成することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、第１実施の形態と第２実施の形態とを組み合わせてデータベースを作成することもできる。

本発明の第１実施の形態におけるバルブクリアランス評価用データベース作成方法の順次の工程を示す図である。 カムプロフィールから得られるクランク角度とカムリフトとの関係を示す図である。 バルブクリアランスとクランク角度との関係を示す部分拡大図である。 振動ピーク発生タイミングの一例の検出方法を説明するためのフローチャートである。 図４のステップＳ１２での処理を説明するための図である。 図４のステップＳ１３での処理を説明するための図である。 第１実施の形態により作成したデータベースの一例を示す図である。 本発明の第２実施の形態を説明するための図である。 バルブクリアランスとバルブの振動ピーク発生タイミングとの関係を示す図である。

符号の説明

Ｓ１ タイミング検出工程
Ｓ２ タイミング補間工程
Ｓ３ データベース作成工程
Ａ、ａ 曲線部分
Ｂ、ｂ 直線部分
Ｓ 始点
Ｃ 中央点
Ｅ 終点
Ｈ 上限値
Ｍ 中央値
Ｌ 下限値
δ 変化量
Ｖ１ 第１振動データ
Ｖ２ 第２振動データ
Ｖ１ｐ 第１振動ピーク発生タイミング
Ｖ２ｐ 第２振動ピーク発生タイミング

Claims (4)

1. 回転中のエンジンからの発生音またはエンジンの振動に基づく振動データから抽出されるバルブの振動ピーク発生タイミングとバルブクリアランスとの相関関係を示すバルブクリアランス評価用データベースを作成する方法において、
   前記バルブを駆動するカムは、クランク角度とカムリフトとの関係が直線部分と曲線部分とを有するカムプロフィールを有し、該カムプロフィールの直線部分から少なくとも２点及び曲線部分から少なくとも３点を選択し、該選択されたカムリフトに対応するバルブクリアランスを設定値として設定するとともに、上記バルブクリアランスが上記設定値にあるときの各々の振動ピーク発生タイミングを上記振動データに基づいて検出するタイミング検出工程と、
   上記バルブクリアランスの上記設定値及びその各々について検出した上記振動ピーク発生タイミングと、上記バルブを駆動するカムのカムプロフィールとに基づいて、上記バルブクリアランスが上記設定値以外にあるときの振動ピーク発生タイミングを演算により補間するタイミング補間工程と、
   を含むことを特徴とするバルブクリアランス評価用データベース作成方法。
2. 上記タイミング検出工程は、
   上記バルブクリアランスが第１設定値にあるときに得られる第１振動データに基づいて、上記第１設定値における第１振動ピーク発生タイミングを検出し、
   該検出した第１振動ピーク発生タイミングと上記バルブを駆動するカムのカムプロフィールとに基づいて、上記バルブクリアランスが第１設定値と異なる第２設定値にあるときに得られる振動ピーク発生タイミングを、上記第１振動ピーク発生タイミングからの変化量として算出し、
   該算出した変化量、上記第１振動データ及び上記バルブクリアランスが上記第２設定値にあるときに得られる第２振動データに基づいて、上記第２設定値における第２振動ピーク発生タイミングを特定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のバルブクリアランス評価用データベース作成方法。
3. 上記タイミング検出工程における上記バルブクリアランスの異なる設定値は、上記バルブのバルブクリアランス公差範囲の上限値、中央値及び下限値を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のバルブクリアランス評価用データベース作成方法。
4. 前記カムプロフィールの直線部分から選択される２点は、該直線部分の始点と終点とを含み、
   前記カムプロフィールの曲線部分から選択される３点は、該曲線部分の始点、中央点及び終点を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載のバルブクリアランス評価用データベース作成方法。

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