JP5472623B2

JP5472623B2 - エンジンのバルブタイミング検査装置

Info

Publication number: JP5472623B2
Application number: JP2010086277A
Authority: JP
Inventors: 徹也楢原; 樹啓古谷; 隆仁松浪
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2010-04-02
Filing date: 2010-04-02
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2030-04-02
Also published as: JP2011220682A

Description

本発明は、電動式バルブタイミング制御機構を備えたエンジンのバルブタイミング検査装置に関し、特に外部駆動により吸気ポート又は排気ポート内を流れる流体流量に基づき吸排気バルブの開閉タイミングを判定するエンジンのバルブタイミング検査装置に関する。

エンジンの動弁系は、所定のプロフィールを有するカムを備えたカムシャフトと、このカムシャフトの回転に伴って前記カムにより開閉動作される吸気バルブ及び排気バルブによって構成されている。吸気バルブ及び排気バルブの開閉動作の不具合はエンジン性能に影響を与え、バルブ閉弁時の衝撃音発生の原因になることから、吸排気バルブの開閉動作の検査はエンジンの各種検査のうちでも重要な項目とされる。

特許文献１に記載されたバルブタイミング検査装置は、クランクシャフトに接続されクランクシャフトを回転駆動する外部駆動手段と、クランクシャフトの回転位相を検出する回転位相検出手段と、エンジンのシリンダ内の圧力を検出する圧力検出手段と、シリンダ内から外部への空気の流出を許容し且つ外部からシリンダ内への空気の流入を阻止する一方向流れ形成手段と、シリンダ内の圧力が減少傾向から増加傾向に変化する回転位相を排気バルブの開タイミングとして検出するタイミング検出手段とを備えている。このバルブタイミング検査装置では、外部駆動手段がクランクシャフトを駆動するとき、シリンダ内の圧力検出情報とクランクシャフトの回転位相検出情報に基づいてシリンダ内の圧力が減少傾向から増加傾向に変化する回転位相を排気バルブの開タイミングとして検出するため、組付け途中のスイングアーム式エンジンであっても、バルブの開タイミングの検出を行うことができる。

エンジンの動弁系には、エンジン性能を向上させるため、吸気バルブや排気バルブを開閉作動させるカムシャフトをクランクシャフトに連結されたスプロケット等に対して相対的に回転させて回転位相を変更可能なバルブタイミング制御機構が設けられている。このバルブタイミング制御機構のカムシャフトは、油圧や電動モータ等のアクチュエータにより回転駆動され、回転位相を変更している。電動式バルブタイミング制御機構は、クランクシャフトに回転駆動されるケースと、カムシャフトの先端に設けられ前記ケースに回転可能に収容されるベーンと、このベーンをケースに対して相対的に回転させる電動モータとを備え、吸気バルブや排気バルブの位相を運転状態に応じて変更している。

特開２００３−２５４１０２号公報

電動モータでは、電機子の位置や形状と回転子の磁束分布とが相互に影響を及ぼすため、電機子と回転子との磁気的吸引力が回転角度に依存して細かく脈動する現象（コギングトルク）を生じることが知られている。電動式バルブタイミング制御機構を備えたエンジンを検査する場合、特許文献１のバルブタイミング検査装置では、コギングトルクの影響によりカムシャフトが微小変動し、この微小変動に起因する吸気バルブや排気バルブの振動により正確なバルブタイミングを検出できない虞が有る。

しかも、このバルブタイミング検査装置では、シリンダ内圧力に基づき排気バルブの開タイミングを検出するため、シリンダ内の空気のリークやピストンによるコンプレッショントルク等の外部の誤差因子を含む可能性があり、実際のバルブの挙動に基づく正確なバルブタイミングを検出できない虞が有る。

本発明の目的は、電動式バルブタイミング制御機構を備えたエンジンにおいて、コギングトルクや外部の誤差因子の影響を受けることなく正確なバルブタイミングを検出可能なエンジンのバルブタイミング検査装置を提供することである。

請求項１のエンジンのバルブタイミング検査装置は、燃焼室と、クランクシャフトと、このクランクシャフトに連結されたカムシャフトと、前記燃焼室に連通された吸気ポート及び吸気バルブと、前記燃焼室に連通された排気ポート及び排気バルブと、前記クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変更して前記各バルブのうち少なくとも一方のバルブのバルブタイミングを変更可能な電動式バルブタイミング制御機構とを備えたエンジンのバルブタイミング検査装置において、前記各ポートに接続され各ポート内の吸気流量又は排気流量を計測する計測手段と、前記クランクシャフトの回転角度を検出するクランク角度検出手段と、前記クランクシャフトを外部から回転駆動する外部駆動手段と、前記外部駆動手段が前記クランクシャフトを駆動するとき、前記計測手段により計測された流量と前記クランク角度検出手段により検出されたクランク角度との関係に基づき前記各バルブの開閉タイミングを判定するバルブタイミング判定手段とを備え、前記電動式バルブタイミング制御機構は、バルブタイミング判定時、前記カムシャフトの外周側突部を電動式バルブタイミング制御機構のケースの一部に当接させて前記クランクシャフトに対するバルブタイミングの回転位相を固定保持することを特徴としている。

このバルブタイミング検査装置においては、バルブタイミング判定時、電動式バルブタイミング制御機構がカムシャフトの外周側突部を電動式バルブタイミング制御機構のケースの一部に当接させてクランクシャフトに対するバルブタイミングの回転位相を固定保持するため、コギングトルクに伴う吸排気バルブの変動を抑制することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、バルブタイミング判定時、前記電動式バルブタイミング制御機構は、前記バルブタイミングを最遅角側に固定保持することを特徴としている。
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記電動式バルブタイミング制御機構は、前記外部駆動手段が前記クランクシャフトを駆動する間中、バルブタイミングを最遅角側に固定保持することを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記電動式バルブタイミング制御機構は、前記外部駆動手段が前記クランクシャフトを駆動する前に予めバルブタイミングを最遅角側に変位させることを特徴としている。
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記電動式バルブタイミング制御機構は、予め設定された許容時間の間、バルブタイミングを最遅角側に変位させることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、カムシャフトの外周側突部を電動式バルブタイミング制御機構のケースの一部に当接させてクランクシャフトに対するバルブタイミングの回転位相を固定保持するため、フィードバック等の制御を用いることなくコギングトルクに伴う吸排気バルブの変動を抑制でき、電動モータ特有のコギングトルクの影響を受けることなく正確なバルブタイミングを検出することができる。また、外部駆動手段がクランクシャフトを駆動するとき、バルブタイミング判定手段が計測手段により計測された流量とクランク角度検出手段により検出されたクランク角度との関係に基づき各バルブの開閉タイミングを判定するため、吸排気ポートを流れる実際の吸排気流量を検出することができ、バルブ挙動以外の外部誤差因子の影響を最小限にすることができ、正確なバルブタイミングを検出することができる。

請求項２の発明によれば、カムシャフトの外周側突部が電動式バルブタイミング制御機構のケースの一部の回転方向に対して対向方向に移動するため、電動式バルブタイミング制御機構の制御量を小さくでき、電動モータの消費電力や発熱を抑えることができる。
請求項３の発明によれば、外部駆動手段がクランクシャフトを駆動する間中、電動式バルブタイミング制御機構がバルブタイミングを最遅角側に保持するため、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を最遅角側に固定でき、バルブタイミングの検出精度を高くすることができる。

請求項４の発明によれば、電動式バルブタイミング制御機構は、外部駆動手段がクランクシャフトを駆動する前に予めバルブタイミングを最遅角側に変位させるため、カムシャフトの外周側突部を電動式バルブタイミング制御機構のケースの一部に当接させるときの衝撃を小さくすることができ、電動式バルブタイミング制御機構の破損等を防止できる。
請求項５の発明によれば、予め設定された許容時間の間、バルブタイミングを最遅角側に変位させるため、電動モータの発熱を抑制しつつバルブタイミングを最遅角側に制御することができる。

本発明の実施例１に係るエンジンのバルブタイミング検査装置の概略図である。エンジンの要部拡大図である。図２のIII−III線断面図である。バルブタイミング制御機構を示す図である。図４のV−V線断面図である。バルブタイミングを最進角側へ変更したときの図５相当図である。バルブタイミングを最遅角側へ変更したときの図５相当図である。バルブタイミング判定方法の説明図である。バルブタイミング検査の処理手順を示すステップ図である。バルブタイミング検査のタイムチャートである。計測工程で検出された各バルブのバルブリフト量とクランク角度と流体流量との相関関係を示す図である。排気バルブの開閉タイミングのずれ判定の説明図である。実施例２に係るバルブタイミング検査の処理手順を示すステップ図である。実施例２に係るバルブタイミング検査のタイムチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。尚、図における左右方向を左右方向として説明する。

以下、本発明の実施例１について図１〜図１２に基づいて説明する。
図１に示すように、バルブタイミング検査装置１では、吸気マニホールドや排気マニホールドが組付けられる前段階（組付け途中）のエンジンＥを検査対象としている。エンジンＥは、パレット（図示略）に搭載された状態でコンベア（図示略）等の搬送装置によりバルブタイミング検査装置１の検査ステーションまで搬送される。

バルブタイミング検査装置１の構成について説明する。
図１に示すように、バルブタイミング検査装置１は、入力装置２と、出力装置３と、吸気側計測部４（計測手段）と、排気側計測部５（計測手段）と、クランクシャフト２５を回転駆動する外部モータ６（外部駆動手段）と、制御部７（バルブタイミング判定手段）と、クランク角センサ６１と、吸気カム角センサ６２と、排気カム角センサ６３等を備えている。入力装置２は、キーボードやマウス等を備え、情報を入力可能に構成されている。出力装置３は、ディスプレイやＣＲＴ等の表示装置、プリンタ等の印刷装置等を備え、各種情報を出力可能に構成されている。外部モータ６は、クランクシャフト２５を強制的に回転させる電動モータである。クランク角センサ６１と、吸気カム角センサ６２と、排気カム角センサ６３とは、夫々、各シャフトの回転位相を検出可能なエンコーダであり、各シャフトが所定単位角度回転する毎に１パルスづつタイミングパルスを出力するよう構成されている。

吸気側計測部４と排気側計測部５とは同様の公知の差圧式流量センサにより構成されるため、吸気側計測部４について説明し、排気側計測部５の説明を省略する。
吸気側計測部４は、流体を流すことが可能な筒状の層流部４ａと、層流部４ａを流れる流体の圧力降下を検出可能な差圧部４ｂとから構成されている。吸気側計測部４は、層流部４ａを流れる流体流量を設定単位時間毎に検出し、その検出値を制御部７へ出力する。
吸気側計測部４は、層流部４ａ内を流体が層流で流れるとき、層流域の圧力損失と流量とが比例関係（Hangen-Poiseuilleの法則）になることを利用して流量を検出している。
差圧部４ｂは、層流部４ａの上流側の第１位置の圧力と第１位置から所定距離下流方向に離隔した第２位置の圧力を測定し、第１位置と第２位置との差圧を検出する。層流部４ａ内に導入された流体の流量は検出された差圧に基づき、次式（１）により算出することができる。
Ｑ＝Ｋ×ΔＰ …（１）
ここで、Ｑは流体の体積流量、Ｋは流量係数、ΔＰは差圧である。

制御部７は、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＣＰＵを有し、バルブタイミング検査装置１を制御するための制御プログラム及びバルブタイミング検査装置１を制御するために必要なデータ等を記憶している。制御部７は、外部モータ６がクランクシャフト２５を駆動するとき、吸気側計測部４と排気側計測部５とにより計測された流量とクランク角センサ６１により検出されたクランク角度との関係に基づき吸気バルブ３３及び排気バルブ４３の開閉タイミングを判定するよう構成されている。制御部７には、クランク角センサ６１と吸気カム角センサ６２と排気カム角センサ６３から夫々の検出信号が入力される。クランク角センサ６１により、クランクシャフト２５の回転数及びクランク角度が検出され、吸気カム角センサ６２と排気カム角センサ６３により、吸気カムシャフト３８と排気カムシャフト４８の回転数と吸気カムシャフト３８と排気カムシャフト４８の回転位相が検出される。

図１，図８に基づき、吸気バルブ３３及び排気バルブ４３の開閉タイミングの判定方法について詳細に説明する。尚、本実施例では、クランクシャフト２５を外部モータ６で回転駆動し、ピストン２６の昇降動作により各ポート３１，３２，４０内を流れる流体流量を検出している。図８に示すように、クランク角度が０ｄｅｇ、３６０ｄｅｇ、及び７２０ｄｅｇをＴＤＣ（上死点）、クランク角度が１８０ｄｅｇ、及び５４０ｄｅｇをＢＤＣ（下死点）とした場合、外部モータ６によるクランクシャフト２５の回転に伴いピストン２６はＴＤＣとＢＤＣとの間を昇降動作する。また、図において、「ＥＸ」は排気バルブ４３が開弁している状態を示し、「ＩＮ」は吸気バルブ３３が開弁している状態を示し、燃焼室２７から排出される流量をプラス、燃焼室２７へ導入される流量をマイナスで示す。

ピストン２６が膨張作動のとき（０〜１８０ｄｅｇ）、吸気バルブ３３は閉状態であり、排気バルブ４３はバルブリフト量を増加して開作動を開始する。排気バルブ４３の開作動前に排気コモンポート４０を流れる流体流量はなく、開作動後、ピストン２６により燃焼室２７へ流体が導入される。これにより、排気側吸気の導入開始タイミングを検出することで、排気バルブ４３の開タイミングを検出する。ピストン２６が圧縮作動のとき（１８０〜３６０ｄｅｇ）、吸気バルブ３３は閉状態であり、排気バルブ４３はバルブリフト量を減少して閉作動を開始する。排気バルブ４３の閉作動前は、ピストン２６により燃焼室２７から排気コモンポート４０へ流体が排出され、閉作動後、排気コモンポート４０を流れる流体流量は検出されない。これにより、排気側排気の排出終了タイミングを検出することで、排気バルブ４３の閉タイミングを検出する。

ピストン２６が膨張作動のとき（３６０〜５４０ｄｅｇ）、排気バルブ４３は閉状態であり、吸気バルブ３３はバルブリフト量を増加して開作動を開始する。吸気バルブ３３の開作動前に吸気ポート３１，３２を流れる流体流量はなく、開作動後、ピストン２６により燃焼室２７へ流体が導入される。これにより、吸気側吸気の導入開始タイミングを検出することで、吸気バルブ３３の開タイミングを検出する。ピストン２６が圧縮作動のとき（５４０〜７２０ｄｅｇ）、排気バルブ４３は閉状態であり、吸気バルブ３３はバルブリフト量を減少して閉作動を開始する。吸気バルブ３３の閉作動前は、ピストン２６により燃焼室２７から吸気ポート３１，３２へ流体が排出され、閉作動後、吸気ポート３１，３２を流れる流体流量は検出されない。これにより、吸気側排気の排出終了タイミングを検出することで、吸気バルブ３３の閉タイミングを検出する。

次に、図１〜図３に基づき、検査対象のエンジンＥについて説明する。
エンジンＥは、シリンダブロック２１と、シリンダブロック２１の上にガスケット（図示略）を介して配設されたシリンダヘッド２２と、シリンダヘッド２２の上に配設された１対のカムハウジング２３ａ，２３ｂ等を有する４気筒エンジンである。シリンダブロック２１にはシリンダ２４が形成され、このシリンダ２４にはクランクシャフト２５の回動に応じて上下動可能なピストン２６が摺動自在に嵌挿されている。シリンダヘッド２２の下面には部分円錐状の傾斜壁面が形成され、傾斜壁面はピストン２６の頂面とシリンダ２４の内周面と協働して燃焼室２７を形成している。傾斜壁面の中央部分には、点火プラグ（図示略）を装着するためのプラグホール２８が形成されている。

シリンダヘッド２２のシリンダボア右側には、シリンダ２４に吸気を導く２本の独立吸気ポート３１，３２が設けられている。これら吸気ポート３１，３２は、一端が燃焼室２７の右側の傾斜壁面に夫々吸気側バルブシート（図示略）を介して開口し、他端がシリンダヘッド２２の右側壁に開口するように形成されている。吸気ポート３１，３２は、シリンダ配列方向に並んで設けられている。

シリンダヘッド２２のシリンダボア左側には、シリンダ２４から排気ガスを外方へ導く２本の独立排気ポート４１，４２が設けられている。これら排気ポート４１，４２は、一端が燃焼室２７の左側の傾斜壁面に夫々排気側バルブシート（図示略）を介して開口し、他端がシリンダヘッド２２の左側壁に開口するように形成されている。排気ポート４１，４２は、シリンダ配列方向に並んで設けられ、シリンダヘッド左側壁側で１本の排気コモンポート４０に集合されている。

シリンダヘッド２２には、各吸気ポート３１，３２に対応して吸気側バルブシートを夫々開閉する２つの吸気バルブ３３が設けられている。これら吸気バルブ３３は、そのバルブ軸がシリンダヘッド２２に夫々摺動自在に嵌挿され、上下動可能に設けられ、各バルブ軸端部のスプリングシート３４を介してバルブスプリング３５の付勢力により上方（閉弁方向）に付勢されている。これら吸気バルブ３３のバルブ上端は、一端を夫々の油圧式ラッシュアジャスタ３６に支持された１対のスイングアーム３７を介して、吸気カムシャフト３８の回転により、吸気カムシャフト３８の途中部に設けられた２つの吸気カム３８ａのプロフィールに応じてバルブスプリング３５の付勢力に抗して下方（開弁方向）に駆動され、吸気バルブ３３は所定のタイミングで開閉するように構成されている。尚、２つの吸気カム３８ａは同一構造のため、２つの吸気バルブ３３は同一のバルブタイミングで作動している。

シリンダヘッド２２には、各排気ポート４１，４２に対応して排気側バルブシートを夫々開閉する２つの排気バルブ４３が設けられている。これら排気バルブ４３は、そのバルブ軸がシリンダヘッド２２に夫々摺動自在に嵌挿され、上下動可能に設けられ、各バルブ軸端部のスプリングシート４４を介してバルブスプリング４５の付勢力により上方（閉弁方向）に付勢されている。これら排気バルブ４３のバルブ上端は、一端を夫々の油圧式ラッシュアジャスタ４６に支持された１対のスイングアーム４７を介して、排気カムシャフト４８の回転により、排気カムシャフト４８の途中部に設けられた排気カム４８ａのプロフィールに応じてバルブスプリング４５の付勢力に抗して下方（開弁方向）に駆動され、排気バルブ４３は所定のタイミングで開閉するように構成されている。尚、２つの排気カム４８ａは同一構造のため、２つの排気バルブ４３は同一のバルブタイミングで作動している。

次に、図４〜図７に基づき、バルブタイミング制御機構５０について説明する。
バルブタイミング制御機構５０は、吸気カムシャフト３８の一側端部に設けられ、ケース５１と、ベーン５２と、電動モータ５３等から構成されている。尚、同様のバルブタイミング制御機構５０を、排気カムシャフト４８の一側端部に設け、排気バルブ４３のバルブタイミングを変更することも可能である。

ケース５１は、ケース５１の外周に設けられた環状のスプロケット部５４と、ベーン５２と動力伝達機構（図示略）等を収容可能な筒状のケース本体５５とから一体的に構成されている。スプロケット部５４の外周面には、タイミングチェーン２９に係合可能な歯（図示略）が形成され、スプロケット部５４とクランクシャフト２５とはタイミングチェーン２９により連結されている。尚、タイミングチェーン２９は、クランクシャフト２５のスプロケット部（図示略）と、排気カムシャフト４８のスプロケット部（図示略）と、スプロケット部５４とに亙って掛け渡すように装着されている。エンジンＥの駆動力は、クランクシャフト２５からタイミングチェーン２９を介してスプロケット部５４に伝達され、この駆動力によりケース５１が回転する。

ケース本体５５の中央部には、貫通孔が形成され、この貫通孔に吸気カムシャフト３８が回転可能に貫装されている。ケース本体５５の内周には、吸気カムシャフト３８の軸心方向に突出する突出部５６ａ，５６ｂが設けられている。突出部５６ａは吸気カムシャフト３８に対して走行制御で用いられる走行用最進角位置より更に進角側に設けられ、突出部５６ｂは吸気カムシャフト３８に対して走行制御で用いられる走行用最遅角位置より更に遅角側に設けられているため、走行制御のバルブタイミング変更を阻害することなく、ケース本体５５の剛性を増すことができる。突出部を等間隔毎に配置し、２つ以上形成することも可能である。

ベーン５２は、ケース５１に対して相対的に回転可能に形成され、吸気バルブ３３が開閉するバルブタイミングを変更可能に構成されている。ベーン５２は、吸気カムシャフト３８の一側端部にボルト等により締結固定され、吸気カムシャフト３８の一側方向へ延びる延長部分を形成している。ベーン５２の外周側には、放射方向へ突出する突部５７が設けられている。それ故、突部５７は吸気カムシャフト３８と一体と看做され、突部５７は吸気カムシャフト３８と同様の回転動作を行う。

電動モータ５３は、電機子や回転子等を有し、ベーン５２と電動モータ５３からベーン５２へ回転動力を伝達する動力伝達機構（図示略）等を収容したケース本体５５の一側端部を閉塞するように配置されている。動力伝達機構は、外歯歯車のサンギアと、サンギアに対して同心円上に配置された内歯歯車のリングギアと、これらのサンギアとリングギアとに噛合するピニオンギアを自転且つ公転自在に保持するキャリアとを回転要素とする公知の歯車機構である。電動モータ５３は、ＰＣＭ（Powertrain Control Module）３０により制御されている（図１参照）。電動モータ５３の電流や電圧は、電流計や電圧計により検出され、ＰＣＭ３０に入力される。

図５に示すように、バルブタイミング制御機構５０を作動しないとき、電動モータ５３が回転動作しないため、突部５７は突出部５６ａ，５６ｂの間の略中間位置に保持され、矢印で示すように、この中間位置を維持してタイミングチェーン２９の回転と同様に左回りの回転を行う。それ故、吸気カムシャフト３８がケース本体５５に対して相対的に回転せず、吸気バルブ３３は最遅角、若しくは進角と遅角との間の任意のバルブタイミング（位置不定）で開閉動作する。

図６に示すように、バルブタイミング制御機構５０を進角側へ作動させたとき、電動モータ５３がベーン５２を左回転するため、吸気カムシャフト３８がケース本体５５に対して相対的に左回転した進角側位置に保持され、矢印で示すように、この進角側位置を維持してタイミングチェーン２９の回転と同様に左回りの回転を行う。

図７に示すように、バルブタイミング制御機構５０を遅角側へ作動させたとき、電動モータ５３がベーン５２を右回転するため、吸気カムシャフト３８がケース本体５５に対して相対的に右回転した遅角側位置に保持され、矢印で示すように、この遅角側位置を維持してタイミングチェーン２９と同様に左回りの回転を行う。

本実施例では、実車の走行で使用する走行用最進角位置より更に進角側位置（検査用最進角位置）に突出部５６ａを形成し、実車の走行で使用する走行用最遅角位置より更に遅角側位置（検査用最遅角位置）に突出部５６ｂを形成し、突出部５６ａ又は突出部５６ｂと突部５７とを当接させて検査を行うよう構成されている。尚、検査用最進角位置と検査用最遅角位置は、通常の走行制御では使用されないが、走行用最進角位置を学習する際にバルブタイミング制御機構５０を前記検査用最進角位置又は検査用最遅角位置に作動させることがある。

次に、図１，図９〜図１２に基づき、バルブタイミング検査の処理手順について説明する。
準備工程Ｓ１において、エンジンＥが検査位置まで搬送され、外部モータ６の駆動軸とクランクシャフト２５とを同期回転可能に連結する。２つの吸気側計測部４の層流部４ａをシリンダヘッド２２の右側壁に開口する吸気ポート３１，３２と夫々連通するようにエンジンＥに対して設置する。これにより、吸気ポート３１，３２を流れる流体流量は層流部４ａを流れる流体流量に相当する。排気側計測部５の層流部５ａをシリンダヘッド２２の左側壁に開口する排気コモンポート４０と連通するようにエンジンＥに対して設置する。これにより、排気コモンポート４０を流れる流体流量は層流部５ａを流れる流体流量に相当する。

クランキング工程Ｓ２において、制御部７は、クランキング開始信号を外部モータ６に出力する。外部モータ６は、クランクシャフト２５の回転駆動を開始し、所定目標回転数、例えば２００ｒｐｍまで回転数を上昇させた後、この回転数を維持する。

最遅角制御工程Ｓ３において、外部モータ６の回転数が目標回転数に上昇したとき（クランキング開始１ｓｅｃ後）、制御部７は、最遅角制御信号をＰＣＭ３０に出力する。ＰＣＭ３０は、バルブタイミング制御機構５０の電動モータ５３が吸気バルブ３３を最遅角側に固定するよう制御している。電動モータ５３は、実車の走行で使用する走行用最遅角位置より更に遅角側の検査用最遅角位置までベーン５２を右回転させるため所定のデューティで制御され、この検査用最遅角位置を固定保持するため所定のデューティで制御されている。これにより、ベーン５２の突部５７はケース本体５５の突出部５６ｂに当接し、外部モータ６がクランクシャフト２５を回転駆動する間中、この当接状態を維持している。これにより、最遅角制御のために必要な電動モータ５３の電力量と吸気バルブ３３を検査用最遅角位置に固定保持する電力量とを抑えることができる。また、ベーン５２の突部５７はケース本体５５の突出部５６ｂに当接しているため、電動モータ５３のコギングトルクに起因する吸気バルブ３３の脈動を抑えることができる。

計測工程Ｓ４において、突部５７が突出部５６ｂに当接したとき、例えばクランキング開始２ｓｅｃ後、制御部７は、計測開始信号を吸気側計測部４と排気側計測部５とに出力する。突部５７が突出部５６ｂに当接するまでの所要時間は、予め実験により求めておく。
計測工程Ｓ４では、吸気側計測部４と排気側計測部５により吸気ポート３１，３２及び排気コモンポート４０を流れる流体流量を検出している。吸気側計測部４と排気側計測部５により検出された排気側吸気、排気側排気、吸気側吸気、吸気側排気の各流体流量は、制御部７へ出力される。

バルブタイミング判定工程Ｓ５において、制御部７は、計測工程で検出された排気側吸気、排気側排気、吸気側吸気、吸気側排気の各流量について、クランク角度と流体流量との相関関係を検出し（図１１参照）、排気側吸気の開始タイミング、排気側排気の終了タイミング、吸気側吸気の開始タイミング、吸気側排気の終了タイミングを夫々検出している。これにより、吸気バルブ３３の開閉タイミングと排気バルブ４３の開閉タイミングとを検出し、予め設定された目標開閉タイミングと比較判定を行っている。

図１１に示すように、吸気バルブ３３のバルブリフト特性と排気バルブ４３のバルブリフト特性とは一部オーバーラップするため、排気側排気において、排気コモンポート４０を流れる流体流量が一旦吸気（マイナス）側に移行する現象が生じる。それ故、排気バルブ４３の閉タイミングは、吸排気バルブ３３，４３バルブリフト特性を考慮して判定される。

また、バルブタイミング判定工程Ｓ５では、排気側吸気又は排気側排気の流量特性に基づき排気バルブ４３の開閉タイミングのずれを判定している。バルブタイミング判定工程Ｓ５では、検出された排気側吸気の流量特性から流量変化率を検出している。

排気側吸気の流量特性に基づく排気バルブ４３の開閉タイミングのずれ判定処理について説明する。
図１２に示すように、排気ポート４１の排気バルブ４３と排気ポート４２の排気バルブ４３との開閉タイミングが同じ場合、排気コモンポート４０を流れる流体流量の流量特性は排気側吸気特性Ｌ１を示す。判定基準となる排気側吸気特性Ｌ１の流量変化率を、基準流量変化率として予め実験等により求めている。

検出された排気側吸気の流量特性が排気側吸気特性Ｌ２の場合、所謂排気側吸気特性Ｌ２の流量変化率が前記基準流量変化率以上の場合、何れか一方の排気バルブ４３の開タイミングが遅れていると判定している。検出された排気側吸気の流量特性が排気側吸気特性Ｌ３の場合、所謂排気側吸気特性Ｌ３の流量変化率が前記基準流量変化率以下の場合、何れか一方の排気バルブ４３の開タイミングが進んでいると判定している。また、同様に排気側排気の流量特性に基づき排気バルブ４３の閉タイミングのずれを判定することもできる。

また、流量変化率による判定に代え、検出された流量特性の流量が最大値（ピーク値）を示すクランク角度を検出することで、排気バルブ４３の開閉タイミングのずれを判定しても良い。この場合、判定基準となる排気側吸気特性Ｌ１の流量が最大値を示すクランク角度を、基準クランク角度Ｃ１として予め実験等により求めている。

検出された排気側吸気の流量特性が排気側吸気特性Ｌ２の場合、所謂排気側吸気特性Ｌ２の流量が最大値を示すクランク角度Ｃ２がクランク角度Ｃ１以上の場合、何れか一方の排気バルブ４３の開タイミングが遅れていると判定している。検出された排気側吸気の流量特性が排気側吸気特性Ｌ３の場合、所謂排気側吸気特性Ｌ３の流量が最大値を示すクランク角度Ｃ３がクランク角度Ｃ１以下の場合、何れか一方の排気バルブ４３の開タイミングが進んでいると判定している。また、同様に排気側排気の流量特性に基づき排気バルブ４３の閉タイミングのずれを判定することもできる。

バルブタイミング判定工程Ｓ５の終了後、制御部７は、計測終了信号と、クランキング終了信号を出力する。計測終了信号により吸気側計測部４と排気側計測部５との計測を終了し、クランキング終了信号により外部モータ６の回転駆動を終了する。また、クランキング終了信号により電動モータ５３に対するデューティ制御を解除する。
他のシリンダ２４についても、前述したバルブタイミング検査を行う。

次に、本バルブタイミング検査装置１の作用、効果について説明する。
このバルブタイミング検査装置１は、燃焼室２７と、クランクシャフト２５と、このクランクシャフト２５に連結されたカムシャフト３８，４８と、燃焼室２７に連通された吸気ポート３１，３２及び吸気バルブ３３と、燃焼室２７に連通された排気ポート４１，４２及び排気バルブ４３と、クランクシャフト２５に対するカムシャフト３８の回転位相を変更して各バルブ３３，４３のうち少なくとも一方のバルブ３３のバルブタイミングを変更可能な電動式バルブタイミング制御機構５０とを備えたエンジンＥのバルブタイミング検査装置１において、各ポート３１，３２，４１，４２（４０）に接続され各ポート内の吸気流量又は排気流量を計測する吸気側計測部４及び排気側計測部５と、クランクシャフト２５の回転角度を検出するクランク角センサ６１と、クランクシャフト２５を外部から回転駆動する外部モータ６と、外部モータ６がクランクシャフト２５を駆動するとき、吸気側計測部４及び排気側計測部５により計測された流量とクランク角センサ６１により検出されたクランク角度との関係に基づき各バルブ３３，４３の開閉タイミングを判定する制御部７とを備え、電動式バルブタイミング制御機構５０は、バルブタイミング判定時、カムシャフト３８の外周側突部５７を電動式バルブタイミング制御機構５０のケース本体５５の突出部５６ａ，５６ｂに当接させてクランクシャフト２５に対するバルブタイミングの回転位相を固定保持している。

このバルブタイミング検査装置１によれば、カムシャフト３８の外周側突部５７を電動式バルブタイミング制御機構５０のケース本体５５の一部である突出部５６ａ，５６ｂに当接させてクランクシャフト２５に対するバルブタイミングの回転位相を固定保持するため、フィードバック等の制御を用いることなくコギングトルクに伴う吸排気バルブ３３，４３の変動を抑制でき、電動モータ５３特有のコギングトルクの影響を受けることなく正確なバルブタイミングを検出することができる。また、外部モータ６がクランクシャフト２５を駆動するとき、制御部７が吸気側計測部４及び排気側計測部５により計測された流量とクランク角センサ６１により検出されたクランク角度との関係に基づき各バルブ３３，４３の開閉タイミングを判定するため、吸気ポート３１，３２及び排気コモンポート４０を流れる排気側吸気、排気側排気、吸気側吸気、吸気側排気の各流量を検出することができ、バルブ挙動以外の外部誤差因子の影響を最小限にすることができ、正確なバルブタイミングを検出することができる。

バルブタイミング判定時、電動式バルブタイミング制御機構５０は、バルブタイミングを実車の走行で使用する走行用最遅角位置より更に遅角側の検査用最遅角位置に固定保持するため、カムシャフト３８の外周側突部５７がケース本体５５の突出部５６ｂの回転方向に対して対向方向に移動でき、電動式バルブタイミング制御機構５０の制御量を小さくでき、電動モータ５３の消費電力や発熱を抑えることができる。

電動式バルブタイミング制御機構５０は、外部モータ６がクランクシャフト２５を駆動する間中、バルブタイミングを最遅角側の検査用最遅角位置に固定保持するため、クランクシャフト２５に対するカムシャフト３８の回転位相を最遅角側の検査用最遅角位置に固定でき、バルブタイミングの検出精度を高くすることができる。

次に、図１３，図１４に基づき、実施例２を説明する。尚、実施例１と同様の構成は同じ符号を付している。

準備工程Ｓ１終了後、最遅角制御工程Ｓ２Ａを行う。最遅角制御工程Ｓ２Ａにおいて、制御部７は、最遅角制御信号をＰＣＭ３０に出力する。電動モータ５３は、所定の許容時間の間、実車の走行で使用する走行用最遅角位置より更に遅角側の検査用最遅角位置までベーン５２を右回転させるため第１のデューティで最遅角制御されている。この許容時間は、電動モータ５３の発熱限界時間、例えば２秒に設定される。それ故、クランクシャフト２５が停止した状態でベーン５２の突部５７がケース本体５５の突出部５６ｂに当接する。これにより、電動モータ５３の発熱を抑制でき、ベーン５２の突部５７とケース本体５５の突出部５６ｂとの当接時の衝撃を抑制でき、バルブタイミングを最遅角側に制御することができる。制御部７は、許容時間経過後、最遅角制御解除信号をＰＣＭ３０に出力する。ＰＣＭ３０は、最遅角制御を解除すると同時に、電動モータ５３の検査用最遅角位置を固定保持するため第１デューティよりも小さい第２のデューティで制御している。

制御部７は、最遅角制御解除信号の出力と同時に、クランキング開始信号を外部モータ６に出力する。クランキング工程Ｓ３Ａでは、外部モータ６がクランクシャフト２５の回転駆動を開始し、所定目標回転数（２００ｒｐｍ）まで回転数を上昇させた後、この回転数を維持する。

外部モータ６によるクランキング開始から所定時間経過後、制御部７は、計測開始信号を吸気側計測部４と排気側計測部５とに出力して実施例１と同様の計測工程Ｓ４を行う。計測工程Ｓ４で検出したクランク角度と流体流量との相関関係に基づき吸気バルブ３３の開閉タイミングと排気バルブ４３の開閉タイミングとを検出し、実施例１と同様のバルブタイミング判定工程Ｓ５を行う。

バルブタイミング判定工程Ｓ５の終了後、制御部７は、計測終了信号と、クランキング終了信号を出力する。計測終了信号により吸気側計測部４と排気側計測部５との計測を終了し、電動モータ５３への第２のデューティを解除する。また、クランキング終了信号により外部モータ６の回転駆動を終了する。

次に、前記実施例を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施例においては、計測手段として差圧式流量センサを用いた例を説明したが、少なくとも、各ポート内を流れる吸気流量又は排気流量を計測可能なセンサであれば良く、種々のセンサを適用可能である。

２〕前記実施例においては、検査時、バルブタイミングを実車の走行で使用する走行用最遅角位置より更に遅角側の検査用最遅角位置に固定保持した例を説明したが、進角側の検査用最進角位置に設けられたケース本体の突出部に当接させて固定保持することも可能である。

３〕前記実施例においては、吸気バルブ側のみに電動式バルブタイミング制御機構を設けた例を説明したが、吸気バルブ側と排気バルブ側の両方に電動式バルブタイミング制御機構を設けることも可能である。また、排気バルブ側のみに電動式バルブタイミング制御機構を設けても良い。

４〕前記実施例においては、２つの吸気ポートを流れる流体流量を同時に検出する例を説明したが、夫々個別に流体流量を検出し、検査することも可能である。個別に検査する場合、一方のポート開口に計測手段を設置し、他方のポート開口を閉塞して、一方の吸気ポートを流れる流体流量を検出する。

５〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

本発明は、電動式バルブタイミング制御機構を備えたエンジンのバルブタイミング検査装置において、バルブタイミング判定時、カムシャフトの外周側突部を電動式バルブタイミング制御機構のケースの一部に当接させてバルブタイミングの回転位相を固定保持することにより、コギングトルクや外部の誤差因子の影響を受けることなく正確なバルブタイミングを検出可能にできる。

Ｅエンジン
１バルブタイミング検査装置
４吸気側計測部
５排気側計測部
６外部モータ
７制御部
２５クランクシャフト
２６ピストン
２７燃焼室
３０ＰＣＭ
３１，３２吸気ポート
３３吸気バルブ
３８吸気カムシャフト
４０排気コモンポート
４１，４２排気ポート
４３排気バルブ
４８排気カムシャフト
５０バルブタイミング制御機構
５１ケース
５３電動モータ
５５ケース本体
５６ａ，５６ｂ突出部
５７突部
６１クランク角センサ

Claims

燃焼室と、クランクシャフトと、このクランクシャフトに連結されたカムシャフトと、前記燃焼室に連通された吸気ポート及び吸気バルブと、前記燃焼室に連通された排気ポート及び排気バルブと、前記クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変更して前記各バルブのうち少なくとも一方のバルブのバルブタイミングを変更可能な電動式バルブタイミング制御機構とを備えたエンジンのバルブタイミング検査装置において、
前記各ポートに接続され各ポート内の吸気流量又は排気流量を計測する計測手段と、
前記クランクシャフトの回転角度を検出するクランク角度検出手段と、
前記クランクシャフトを外部から回転駆動する外部駆動手段と、
前記外部駆動手段が前記クランクシャフトを駆動するとき、前記計測手段により計測された流量と前記クランク角度検出手段により検出されたクランク角度との関係に基づき前記各バルブの開閉タイミングを判定するバルブタイミング判定手段とを備え、
前記電動式バルブタイミング制御機構は、バルブタイミング判定時、前記カムシャフトの外周側突部を電動式バルブタイミング制御機構のケースの一部に当接させて前記クランクシャフトに対するバルブタイミングの回転位相を固定保持することを特徴とするエンジンのバルブタイミング検査装置。
バルブタイミング判定時、前記電動式バルブタイミング制御機構は、前記バルブタイミングを最遅角側に固定保持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タイミング検査装置。
前記電動式バルブタイミング制御機構は、前記外部駆動手段が前記クランクシャフトを駆動する間中、バルブタイミングを最遅角側に固定保持することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンのバルブタイミング検査装置。
前記電動式バルブタイミング制御機構は、前記外部駆動手段が前記クランクシャフトを駆動する前に予めバルブタイミングを最遅角側に変位させ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タイミング検査装置。
前記電動式バルブタイミング制御機構は、予め設定された許容時間の間、バルブタイミングを最遅角側に変位させることを特徴とする請求項４に記載のエンジンのバルブタイミング検査装置。