JP6873479B2

JP6873479B2 - バルブクリアランス調整方法

Info

Publication number: JP6873479B2
Application number: JP2017194341A
Authority: JP
Inventors: 芳明高木
Original assignee: Sanyo Machine Works Ltd
Current assignee: Sanyo Machine Works Ltd
Priority date: 2017-10-04
Filing date: 2017-10-04
Publication date: 2021-05-19
Anticipated expiration: 2037-10-04
Also published as: US20190101030A1; US10612426B2; JP2019065812A

Description

本発明は動弁機構のバルブクリアランス調整方法に係り、特にカムシャフトの駆動力をロッカーアームを介してバルブに伝達する動弁機構のバルブクリアランス調整方法に関する。

ＯＨＶ式、ＯＨＣ式、ＤＯＨＣ式などの内燃機関の動弁機構は、カムシャフトの駆動力をロッカーアームを介してバルブに伝達する。このような動弁機構のバルブクリアランスを調整する場合、バルブとロッカーアームとの間の隙間、或いはカムシャフトとロッカーアームとの間の隙間にシックネスゲージを挟み、これをアジャストスクリューで締め付けて調整する。シックネスゲージを使用できない場合は、クリアランスゼロまでアジャストスクリューを締め付けた後、当該スクリューのピッチ寸法を基準としてアジャストスクリューを所定回転数で緩めてバルブクリアランスを調整する。

このようにバルブクリアランスの調整は手間がかかる。そこで特許文献１の発明は、バルブクリアランスをゼロに設定した状態でカムシャフトを３６０°回転することで第１カムプロファイルを測定する。一方、アジャストスクリューの所定回転操作で暫定バルブクリアランスを設定した状態でカムシャフトを３６０°回転することで第２カムプロファイルを測定する。そして、これら第１と第２のカムプロファイルの最大リフト量の差分から実際のバルブクリアランスを求め、当該クリアランスと比較して暫定バルブクリアランスが許容範囲内か否かで暫定バルブクリアランスの適否を判断する。

特許第２８３０７１５号公報

特許文献１の発明はカムプロファイルを少なくとも二回測定しなければならない。さらに、暫定バルブクリアランスをアジャストスクリューのピッチ寸法を基準として設定するので、ピッチ寸法公差が大きいと暫定バルブクリアランスが許容範囲外になり、アジャストスクリューを再調整して測定をやり直さなければならない。

そこで本発明の目的は、アジャストスクリューのピッチ寸法公差に関係なく正確なバルブクリアランスの調整を簡単に行えるバルブクリアランス調整方法を提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明のバルブクリアランス調整方法は、カムシャフトの駆動力をロッカーアームを介してシリンダヘッドのバルブに伝達する動弁機構のバルブクリアランス調整方法において、前記シリンダヘッドに取り付けられた前記カムシャフトのカムプロファイルを測定し、当該測定結果に基づいて所定バルブクリアランスに対応する所定リフト量が得られる前記カムシャフトの所定回転角θ_Ｖを同定し、前記カムシャフトを回転して当該所定回転角θ_Ｖのカム面に前記ロッカーアームの被押圧部を対向させ、当該対向状態でアジャストスクリューを回転してバルブクリアランスをゼロにし、当該バルブクリアランスがゼロの状態で前記アジャストスクリューをロックナットで固定することを特徴とする。

本発明によれば、カムプロファイルの測定が一回だけで済み、しかもアジャストスクリューのピッチ寸法公差に関係なく正確なバルブクリアランスの調整を簡単に行うことができる。

本発明のバルブクリアランス調整方法を適用可能なＳＯＨＣ式シリンダヘッドの概略図である。カムシャフトのカムプロファイルの例を示すプロファイル曲線である。図２ＡでバルブクリアランスＣ_Ｏを与えた場合のプロファイル曲線である。本発明のバルブクリアランス調整方法に使用するクリアランス調整治具等の例を示す概略図である。本発明のバルブクリアランス調整方法に使用するクリアランス調整治具等の他の例を示す概略図である。本発明のバルブクリアランス調整方法の一例を示すフローチャートである。本発明のバルブクリアランス調整方法を適用可能なＤＯＨＣ式シリンダヘッドの概略図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明するが、各図で同一又は対応部分には同一符合を付すことで重複した説明を省略する。本発明のバルブクリアランス調整方法は、カムプロファイルのリフト量を利用してバルブクリアランスを簡単かつ正確に調整するものである。

（シリンダヘッドの概略）
図１は、本発明のバルブクリアランス調整方法を適用可能なＳＯＨＣ式シリンダヘッド１００の概略図である。ピストン１０が収容されたシリンダブロック２０の上に、吸気バルブ３０と排気バルブ４０を有するシリンダヘッド１００が取り付けられている。バルブステム３１、４１の先端部にはリテーナ３２、４２が取り付けられ、このリテーナ３２、４２が弁ばね３３、４３によって閉弁方向に付勢されている。

シリンダヘッド１００の中央部に吸排気弁用のカムシャフト５０が配設されている。このカムシャフト５０は吸気弁用のカム山５１と排気弁用のカム山５２を有し、カムシャフト５０の駆動力を左右のロッカーアーム６０、７０を介して吸排気弁のバルブステム３１、４１に伝達するように構成されている。

左右のロッカーアーム６０、７０の夫々の中央部が、シリンダヘッド１００に支持された支軸８０によって揺動可能に支持されている。そして各ロッカーアーム６０、７０の中央側一端部下面の被押圧部６１、７１がカムシャフト５０に当接している。ロッカーアーム６０、７０の外側他端部にはバルブステム３１、４１に向けてアジャストスクリュー９０が螺合され、このアジャストスクリュー９０がロックナット９１で固定されている。
（カムプロファイル）

図２Ａは前述したカムシャフト５０のカムプロファイルの一例を示したものである。同図の横軸はカムシャフト５０の回転角（ｄｅｇ）を示し、縦軸はベースサークルからのリフト量（μｍ）を示す。

このカムプロファイルは、カムシャフト５０をシリンダヘッド１００に取り付けた状態でカムシャフトを回転駆動手段で１回転（３６０°）させ、これによりバルブを駆動（開閉）して当該バルブのリフト量を検出することで測定することができる。後述する図２Ｂは、カムシャフト５０をシリンダヘッド１００に取り付けた状態で、暫定バルブクリアランスＣ_Ｏを与えて測定したカムプロファイルである。

カムシャフト５０は、その粗材シャフトを加工機に搬入した後、ジャーナルとカム山の表面をＣＡＤデータに基いて加工（粗加工、研磨、仕上）することで製造される。製造されたカムシャフト５０のカム山は、ジャーナルの回転方向基準に対する角度誤差とカム面自体の加工誤差を含む。

しかし、ベースサークルを基準とした所定量以上のリフト量が得られる角度範囲Ｃ〜Ｅは、カム山の本体部分を構成してカムプロファイルの中心的位置を占める。このため、当該角度範囲Ｃ〜Ｅに対するカムプロファイル各部（回転角θ,リフト量μｍ）までの相対位置関係は、殆ど誤差がないと考えられる。

本発明は、このようにカム山の本体部分に対するカムプロファイル各部（回転角θ,リフト量μｍ）までの殆ど誤差がない相対位置関係に着目して、バルブクリアランスを簡単かつ正確に調整する。すなわち、図２Ａのカムプロファイルは、ベースサークルと、カム山と、両者間を滑らかに繋ぐランプで構成されている。バルブクリアランスは当該ランプの範囲内に設定される。図示例はベースサークル（〜３２°）、ランプ（３２°〜４９°）、カム山（４９°〜１８０°）の角度範囲であるものとする。

ここで、ベースサークルを基準（バルブリフト量＝ゼロ）とした場合の、バルブリフト量が例えば２０００μｍ以上となる角度範囲を図のカムプロファイルから求めると、ＣＥの角度範囲（８７°〜１４７°）になる。このようなカム山の本体部分は、カムプロファイルにおいて中心的な位置を占める。このため、当該本体部分ＣＥ（８７°〜１４７°）基準とした、所定のリフト量（μｍ）が得られる所定位置（θ）までの相対角度は、カムシャフト５０のＣＡＤデータを精度良く反映したものとなる。

バルブリフト量が２０００μｍ以上の場合は角度範囲ＣＥ（８７°〜１４７°）となるが、バルブリフト量が３０００μｍ以上ではより狭い角度範囲となり、バルブリフト量が４０００μｍ以上ではカム山頂部のごく狭い角度範囲になる。このように角度範囲が狭くなると、当該角度範囲の両端のプロファイル曲線の傾斜変化が大きくなり、横軸の回転角（ｄｅｇ）に対する縦軸のリフト量（μｍ）の測定サンプリング数が少ないと、角度範囲の誤差が大きくなる可能性がある。

この反対に、バルブリフト量が２０００μｍよりも少ない例えば３００μｍ以上の場合は、両端にランプ区間を部分的に含んだより広い角度範囲になる。そうすると両端のカムプロファイル曲線の傾斜が小さくなって同様に角度範囲の誤差が大きくなる可能性がある。

そこで、カム山の本体部分の適当な角度範囲を定めるためのバルブリフト量は、最大リフト量（位置Ｄの４８００μｍ）の望ましくは３０〜６０％、より望ましくは４０〜５０％がよい。前記バルブリフト量２０００μｍは最大リフト量４８００μｍの４２％に相当する。

（バルブクリアランスの調整方法）
カムプロファイルのリフト量が例えば１３０μｍとなる角度は、カムシャフト５０のＣＡＤデータにより、カム山本体部分ＣＥの上り側８７°の位置Ｃから３９°だけ遡った位置Ｂ（回転角４８°）にある。この位置Ｂはランプ区間（３２°〜４９°）を回転角で９４％だけ登った位置にある。

バルブクリアランスを１３０μｍに調整する場合、カムシャフト５０を回転駆動手段で回転して位置Ｂ（回転角４８°）のカム面にロッカーアーム６０、７０の一端の被押圧部６１、７１を当接させる。この状態でアジャストスクリュー９０を締め付けてロックナット９１で固定することでバルブクリアランスの調整を完了する。

このように、本発明によればバルブ毎のカムプロファイルの測定が一回だけで済む。またアジャストスクリュー９０のピッチ寸法公差に関係なく正確なバルブクリアランスの調整を簡単に行うことができる。

バルブクリアランスは１３０μｍから増減調整することも可能である。１３０μｍよりも小さくする場合は、カムプロファイルのリフト量が１３０μｍよりも少ない位置（図２Ａの位置Ａの近傍）にカムシャフト５０を回転駆動手段で回転し、そのカム面にロッカーアーム６０、７０の一端の被押圧部６１、７１を当接させる。そしてアジャストスクリュー９０を締め付けてロックナット９１で固定する。

この反対にバルブクリアランスを１３０μｍよりも大きくする場合は、カムシャフト５０を逆方向に回転してランプ区間の限界（４９°）に近いカム面にロッカーアーム６０、７０の一端の被押圧部６１、７１を当接させる。そして前記と同様にアジャストスクリュー９０の締め付けとロックナット９１の固定を行う。

次に、前述したバルブクリアランス調整方法を図３Ａ、図３Ｂ、図４の実施形態によりさらに具体的に説明する。図３Ａは図１の吸気バルブ３０のバルブクリアランス調整を例にして、当該調整に使用する治具の具体例を示したもので、２００はクリアランス調整治具、３００はバルブリフト量測定治具、４００はプッシャである。図３Ｂは図３Ａのプッシャ４００に代えてプラー５００を配設したもので、その他は図３Ａと同じである。

クリアランス調整治具２００は、アジャストスクリュー９０を回転するビット２１０と、ロックナット９１を回転するため当該ビット２１０の外周に同軸に配置されたソケット２２０と、これらを回転する回転機構２３０を有する。クリアランス調整治具２００は図外のロボット等によって保持され、吸気バルブ３０の上方所定位置に位置決めされる。

バルブリフト量測定治具３００は、バルブリテーナ３２の上面に当接可能なプローブ爪３１０を有し、図外のロボット等によって所定位置に位置決めされる。そして、カムシャフト５０を回転駆動手段で回転させた時の吸気バルブ３０の上下動ストロークがプローブ爪３１０で検知される。

なお、プローブ爪３１０を当接させる位置はバルブリテーナ３２の上面に限られない。すなわち、シリンダヘッド１００とシリンダブロック２０を図１のように結合する前に、シリンダヘッド１００単体でバルブリフト量を測定する場合は、吸気バルブ３０の下面にプローブ爪３１０を直接当接させてバルブリフト量を測定することも可能である。このように吸気バルブ３０にプローブ爪３１０を直接当接させることで、測定精度を向上することができる。

図３Ａのプッシャ４００は図外のロボット等によって保持されて矢印Ｐ方向でロッカーアーム６０の一端部上面を押圧可能とされている。そしてプッシャ４００を矢印Ｐ方向に押圧することで、ロッカーアーム６０の一端部下面の被押圧部６１をカムシャフト５０に当接させる。

一方、図３Ｂのプラー５００はその先端部にＬ字状の係合部５１０を有し、当該係合部５１０をロッカーアーム６０の他端部下面に係合させた状態で矢印Ｐ方向に引っ張ることで、ロッカーアーム６０の一端部下面の被押圧部６１をカムシャフト５０に当接させる。矢印Ｐ方向に引っ張る力の大きさは、弁ばね３３の付勢力でロッカーアーム６０に作用するモーメントと同等のモーメントが生じる大きさとするのがよい。これにより、弁ばね３３の付勢力で変形するロッカーアーム６０の撓みを考慮したバルブクリアランスの設定が可能になる。

バルブクリアランスの調整は、まず図３Ａ又は図３Ｂのようにカムシャフト５０を回転駆動手段で適宜回転し、ベースサークルを基準として前述したバルブクリアランス１３０μｍに対応するリフト量が得られる回転角Ｂにする。これにより、回転角Ｂに対応するカム面（図３Ａ又は図３Ｂのカムシャフト５０の上面）がロッカーアーム６０の被押圧部６１に対向する。

この対向状態でプッシャ４００を使用して当該カム面にロッカーアーム６０の被押圧部６１を当接させる。これによりロッカーアーム６０は支軸８０を中心として左側に揺動し、反対側のアジャストスクリュー９０の先端部とバルブステム３１との間に隙間Ｃ_Ｏが形成される。この隙間Ｃ_Ｏが調整前のバルブクリアランスである。この状態でアジャストスクリュー９０をビット２１０で締め付けて隙間Ｃ_Ｏをゼロにする。

アジャストスクリュー９０をビット２１０で締め過ぎると吸気バルブ３０が開いてしまう。そうするとバルブクリアランスが過小になる。アジャストスクリュー９０をビット２１０で締め付ける限界は、吸気バルブ３０の開弁ストロークが開始しようとする瞬間である。

この開弁の瞬間はバルブリフト量測定治具３００のプローブ爪３１０で精度良く検出することができ、その検出信号によってビット２１０を駆動する回転機構２３０を自動停止することができる。アジャストスクリュー９０の締め付けを停止した後、ロックナット９１でアジャストスクリュー９０を固定することでバルブクリアランスの調整を完了する。

カムプロファイルの測定は、図３Ａ又は図３Ｂの状態、すなわちカムシャフト５０をシリンダヘッド１００に取り付けた状態で行う。すなわち、図３Ａ又は図３Ｂのようにカムシャフト５０をシリンダヘッド１００に取り付けた状態で、前述したバルブリフト量測定治具３００を使用することで、図２Ｂのカムプロファイルを取得することができる。

カムプロファイルの測定の際、シリンダヘッド１００とシリンダブロック２０は必ずしも図１のように結合している必要はない。シリンダヘッド１００単体でもカムプロファイルの測定は可能である。但し、シリンダヘッド１００をシリンダブロック２０に結合すると、その結合に使用したボルトの締め付けトルクによっては測定カムプロファイルに影響が出る可能性があるので、シリンダブロック２０と結合した状態での測定が望ましい。

またカムプロファイルの測定の際、バルブリフト量測定治具３００のプローブ爪３１０のストローク方向が、吸気バルブ３０のバルブステム３１の軸線と、できるだけ平行になるように測定治具３００を配置する。この平行度が狂うと、図２Ｂのカムプロファイルのリフト量が全体的に少なくなる。但し、当該平行度に関わらず、プローブ爪３１０のストロークはバルブリフト量に比例したものとなるから、カム山ＣＥの角度範囲（８７°〜１４７°）を正確に取得可能である。

図２Ｂのカム山の高さは、図２Ａのカム山の高さよりも、暫定的に与えたバルブクリアランスＣ_Ｏの分だけ低くなっている。しかし、図２Ｂのカムプロファイルでも、斜線で示すようにカム山の本体部分ＣＥ（８７°〜１４７°）を検出可能であるから、バルブクリアランス１３０μｍに対応するリフト量が得られるカムシャフト５０の回転角θ_Ｖ（位置Ｂ）を同定可能である。すなわち、位置Ｂは必ずしも直接的に検出可能である必要はない。回転角θ_Ｖ（位置Ｂ）を同定した後は、前述と同様の方法でバルブクリアランスの調整を行うことができる。

（フローチャート）
次に、図４を参照してバルブクリアランス調整方法を説明する。ステップＳ１でワーク（シリンダヘッドを搭載したシリンダブロック）をバルブクリアランス調整ラインに搬入する。ここでは、シリンダブロック２０の各気筒のピストンが上死点ないし下死点に位置するようにクランクシャフトの回転角が規制され、かつタイミングベルトが外された状態で運ばれてくるものとする。

ステップＳ２でクランクシャフトを回転駆動手段で９０°回転する。これはカムプロファイルを測定する際にバルブ３０、４０がピストン１０に当たらないようにするためである。そしてステップＳ３でカムシャフト５０を数回転して可動部分を馴染ませる。

ステップＳ４で、クリアランス調整治具２００をバルブ上方の所定位置にセットし、ステップＳ５でカムシャフト５０を回転駆動手段で３６０°回転させる。これにより吸気バルブ３０が上下動し、バルブリフト量測定治具３００によるカムプロファイルの測定が行われる。

ステップＳ６で、バルブリフト量測定治具３００による測定結果に基いてカムシャフト５０の回転角θ_Ｖを同定する。この回転角θ_Ｖは、カムプロファイルを示す前述の図２Ａ又は図２Ｂの位置Ｂから求められるもので、バルブクリアランス１３０μｍに対応するリフト量が得られる角度である。

ステップＳ７でカムシャフト５０を回転駆動手段で回転して、回転角θ_Ｖのカム面（ランプ区間のカム面）をロッカーアーム６０の被押圧部６１に対向させ、プッシャ４００を使用してロッカーアーム６０の被押圧部６１を対向カム面に当接させる。そしてステップＳ８でアジャストスクリュー９０をクリアランス調整治具２００のビット２１０で回転してバルブクリアランスをゼロにする。

ステップＳ９で、調整治具２００のソケット２２０を回転することでロックナット９１を締め付け、アジャストスクリュー９０を固定する。これでバルブクリアランスの調整を完了する。

（ＤＯＨＣ式シリンダヘッド）
以上、ＳＯＨＣ式シリンダヘッドを例にバルブクリアランス調整方法について説明したが、本発明のバルブクリアランス調整方法は、図５に示す非直打式のＤＯＨＣ式シリンダヘッドにも適用可能である。

以下図５を簡単に説明すると、左右一対のカムシャフト５０と、吸気バルブ３０及び排気バルブ４０との間にロッカアーム１６０、１７０が配設されている。このロッカアーム１６０、１７０の基端はロッカアームピボット１８０に支持され、先端は吸気バルブ３０及び排気バルブ４０の各バルブステム頭頂部にそれぞれ対向するように延在している。

ロッカアーム１６０、１７０の基端と先端の中間位置には、カムシャフト５０にそれぞれ対向するように被押圧部としてのローラ１６１、１７１が回転自在に支持されている。そしてカムシャフト５０の回転に応じてロッカアーム１６０、１７０をその基端を中心として先端側を揺動し、吸気バルブ３０と排気バルブ４０を開閉弁するように構成されている。

ロッカアーム１６０、１７０の基端には、カムシャフト５０のベースサークルとロッカアーム１６０、１７０のローラ１６１、１７１との間に形成されるバルブクリアランスを調整するため、アジャストスクリュー１９０とロックナット１９１が設けられている。このアジャストスクリュー１９０を前述と同様の方法で回転することでバルブクリアランスの調整を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば図３Ａ、図３Ｂの実施形態ではクリアランス調整治具２００、バルブリフト量測定治具３００、プッシャ４００を使用してバルブクリアランスの調整をしたが、これら治具を他の同等の機能を有する１又は２以上の治具に代替することでもバルブクリアランスを調整可能である。

１０：ピストン２０：シリンダブロック
３０：吸気バルブ３１：バルブステム
３２：リテーナ３２：バルブリテーナ
４０：排気バルブ５０：カムシャフト
５１、５２：カム山６０、７０：ロッカーアーム
６１、７１：被押圧部８０：支軸
９０：アジャストスクリュー９１：ロックナット
１００：シリンダヘッド２００：クリアランス調整治具
２１０：ビット２２０：ソケット
２３０：回転機構３００：バルブリフト量測定治具
３１０：プローブ爪４００：プッシャ
５００：プラー５１０：係合部

Claims

カムシャフトの駆動力をロッカーアームを介してシリンダヘッドのバルブに伝達する動弁機構のバルブクリアランス調整方法において、
前記シリンダヘッドに取り付けられた前記カムシャフトのカムプロファイルを測定し、
当該測定結果に基づいて所定バルブクリアランスに対応する所定リフト量が得られる前記カムシャフトの所定回転角θ_Ｖを同定し、
前記カムシャフトを回転して当該所定回転角θ_Ｖのカム面に前記ロッカーアームの被押圧部を対向させ、
当該対向状態でアジャストスクリューを回転してバルブクリアランスをゼロにし、
当該バルブクリアランスがゼロの状態で前記アジャストスクリューをロックナットで固定する、
ことを特徴とするバルブクリアランス調整方法。
前記カムシャフトのカムプロファイルの測定結果に基づいて前記カムシャフトの回転角θ_Ｖを同定する際、前記カムプロファイルの所定リフト量以上が得られる前記カムシャフトの回転角範囲（θ_Ｃ〜θ_Ｅ）を同定し、当該回転角範囲（θ_Ｃ〜θ_Ｅ）を基準として、リフト量の下り側に所定量だけ離間した回転角を前記回転角θ_Ｖとして同定することを特徴とする請求項１のバルブクリアランス調整方法。
前記カムシャフトを前記シリンダヘッドに取り付けて当該カムシャフトを回転させることで前記バルブを駆動し、当該バルブのリフト量を測定することで前記カムプロファイルを測定することを特徴とする請求項１又は２のバルブクリアランス調整方法。
前記動弁機構が、ＯＨＶ式、ＯＨＣ式又はＤＯＨＣ式のいずれかであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項のバルブクリアランス調整方法。