JP4199066B2

JP4199066B2 - バルブクリアランス測定装置

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Publication number: JP4199066B2
Application number: JP2003288116A
Authority: JP
Inventors: 謙治佐田; 亮西尾
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2003-08-06
Filing date: 2003-08-06
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2023-08-06
Also published as: JP2005054728A

Description

本発明は、内燃機関においてバルブクリアランスを測定するための測定装置に関し、特にオーバーヘッドカム構造を備えるエンジンにおいて、カムとバルブとの間のバルブクリアランスを測定するための測定装置に関する。

車両用エンジンなどのシリンダヘッドには、高熱効率、高回転および高出力などの要望からオーバヘッドカム（ＯＨＣ）構造のように、カムによって直接的にバルブを開閉するための動弁機構が広く採用されている。

以下に、ＯＨＣ構造を備えた車両用エンジンにおけるシリンダヘッド組立体の一例について、図５を参照しつつ具体的に説明する。図５は、上記一例としてのシリンダヘッド組立体Ｙ’を示す要部拡大部分断面図である。なお、図５においては、図面の見易さの観点から後述するバルブクリアランスＶＣ’を実際よりも誇張して描いている。

シリンダヘッド組立体Ｙ’は、図５に示すように、吸気口（もしくは排気口）１１’を有するシリンダヘッド１０’と、吸気口１１’を開閉するためのバルブ２０’と、バルブ２０’を開閉させるための動弁機構３０’とを備える。バルブ２０’は、一端部にバルブヘッド２１０’、他端部にリフタ２４’を有しており、バルブスプリング２５’によってバルブヘッド２１０’が吸気口１１’を閉鎖する方向に付勢されている。動弁機構３０’は、カムシャフト３１’と、当該カムシャフト３１’に対して一体回転可能に取りつけられたカム３２’とを有しており、カム３２’を回転させてリフタ２４’をバルブスプリング２５’に抗して押動することにより、バルブ２０’の開閉を行う。

上述のような構成を有するシリンダヘッド組立体Ｙ’においては、カム３２’のカム外周面３２０’と、リフタ２４’との間に間隙（バルブクリアランス）ＶＣ’を設けている。このバルブクリアランスＶＣ’を充分に設けていないと、本来バルブ２０’により吸気口１１’を閉じなければならない場合でも、駆動時に生じる熱により熱膨張を起こしたバルブ２０’がカム３２’に押されて吸気口１１’が常に開いた状態になる。そのため、ガス漏れやバルブ焼けを引き起こす可能性がある。逆に、バルブクリアランスＶＣ’が必要以上に大きいと、吸気口１１’を充分に開くことができなくなったり、エンジンが冷えている状態において騒音が大きくなるなどの不具合が生じる可能性がある。したがって、バルブクリアランスＶＣ’には設定値が決められており、その設定値となるように各部品の設計がなされる。しかし、各部品の加工誤差や組付け誤差などにより、設定値通りのバルブクリアランスＶＣ’が得られないことがあるため、リフタ２４’に対し、適当な厚みを有し且つ上面が基準面２４０’となるシムを設置することにより、バルブクリアランスＶＣ’を調整するとともに、設定値通りか否かを判別するためにバルブクリアランスＶＣ’を測定する必要がある。

車両用エンジンにおけるシリンダヘッド組立体のバルブクリアランスを測定する測定装置としては、リフタの頂部位置を測定して頂部位置データを得るためのヘッド計測装置と、上記リフタに対応するカムのベースサークル形状（外周輪郭形状）を計測してカム形状データを得るカムシャフト計測装置と、上記頂部位置データおよび上記カム形状データに基づいて予め設定された複数種類の調整板（シム）から適切なバルブクリアランスが得られる調整板を選択表示するための調整板指示装置とを備えるバルブクリアランス測定装置が公知となっている（特許文献１参照。）。

しかしながら、特許文献１に開示されている測定装置では、カムとカムシャフトとの間の嵌め合い公差に起因するバルブクリアランスの測定誤差を充分に考慮していないため、より精度良くバルブクリアランスを測定するには未だ改善の余地がある。

そこで、上記公差に起因する測定誤差も考慮することができるバルブクリアランス測定装置が開発されている。このようなバルブクリアランス測定装置の一例について、図６を参照しつつ具体的に説明する。図６は、上記一例としてのバルブクリアランス測定装置Ｘ’を示す要部拡大部分断面図である。なお、図６においても、図面の見易さの観点から後述するバルブクリアランスＶＣ’を実際よりも誇張して描いている。

バルブクリアランス測定装置Ｘ’は、図６に示すように、リフタゲージ４１ａ’およびアタッチメント４１ｂ’を備え、リフタ２４’（もしくはシム）の基準面２４０’の変位量Ｌを測定するための第１変位量測定機構４０ａ’と、カムゲージ４３ａ’およびアタッチメント４３ｂ’を備え、カム３２’の上面Ｂ’の変位量Ｍを測定するための第２変位量測定機構４０ｂ’と、カム３２’の回転位相を測定するためのエンコーダ（図示せず）と、各ゲージ４１ａ’，４３ａ’から得られたデータに基づいてバルブクリアランスＶＣ’を演算するための演算装置５０’とを備える。

以下に、演算装置５０における演算方法について、図７を参照しつつ具体的に説明する。図７は、カム３２’を１回転させる間に各ゲージ４１ａ’，４３ａ’により測定された変位量Ｌ，Ｍを示すグラフであり、（ａ）は変位量Ｌ、（ｂ）は変位量Ｍを示す。

図７（ａ）に示すように、変位量Ｌの最大値と最小値との差を変位差Ｌ₁、図７（ｂ）に示すように、変位量Ｍの最大値と最小値との差を変位差Ｍ₁とすると、バルブクリアランスＶＣ’は、変位差Ｌ₁と変位差Ｍ₁との差によって求められる。しかし、カムシャフト３１’を軸芯としてカム３２’を回動させて、リフタ２４’をスプリング２５’に抗して駆動する際、カム３２’とカムシャフト３１’との間の嵌め合い公差Ｅ’の分、カム３２’はリフタ２４’によって持ち上げられる（図７（ａ）参照）。この持ち上げられた分（公差Ｅ’の分）だけ、変位差Ｍ₁の値は小さく得られるため、上述のような演算方法では、公差Ｅ’の分の誤差が生じる。そこで、より測定精度を向上させるべく、変位量Ｌが最大となったときの変位量Ｍの値と変位量Ｍの最小値との差を公差Ｅ’として考慮することによりバルブクリアランスＶＣ’の演算を行っている。

しかしながら、上述したバルブクリアランス測定装置においては、いずれもカムの変位量の測定とリフタの変位量の測定とがそれぞれ別個の装置で行われている。そのため、バルブクリアランスを測定するには、カムから得られる測定データとリフタから得られる測定データとの２種類の測定データを用いて演算を行う必要がある。したがって、演算処理すべきデータ量が比較的多くなる。また、バルブクリアランスの測定において、公差などに起因する誤差を考慮して測定精度の向上を図るには、より複雑な演算処理を行う必要がある。
特開平６−２８０５１８号公報

本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、演算処理すべきデータ量が比較的少なく、かつ、比較的容易な演算処理により精度良くバルブクリアランスを測定することが可能なバルブクリアランス測定装置を提供することを課題とする。

発明の第１の側面によればバルブクリアランス測定装置が提供される。このバルブクリ
アランス測定装置は、吸気口および排気口を有するシリンダヘッドと、上記吸気口および上記排気口を開閉するためのバルブと、カムシャフトおよび当該カムシャフトに対して一体回転可能に取りつけられているカムを備え且つ上記バルブを開閉するための動弁機構とを有するシリンダヘッド組立体における上記カムと上記バルブのカム当接部材との間のバルブクリアランスを測定するためのバルブクリアランス測定装置であって、上記カム当接部材における上記カムとの対向面を基準面とし、上記カムシャフトの中心軸を通り且つ上記基準面に対して垂直方向に延びる基準線と上記カム当接部材から離れている方のカム外周面との交点の上記基準面に対する上記基準線方向の変位量を測定するための変位量測定手段と、当該変位量測定手段により得られる測定データに基づいてバルブクリアランスを演算するための演算手段とを備えており、上記変位量測定手段は、上記カム側から延び、上記基準面に対して当接する当接部を有するアタッチメントと、当該アタッチメントを上記基準面に追従させて上記基準線と平行な方向に移動させるための移動機構と、上記アタッチメントの移動に連動するように取りつけられ、上記基準線の方向に伸縮して上記交点に当接するプローブを有することにより、上記当接部が当接している基準面から上記交点までの上記基準線方向の距離を測定するための測長手段と、を有することを特徴としている。

このような構成によると、変位量測定手段により得られる測定データは、基準面に対する交点の変位量を測定した１種類のみである。そのため、本発明に係るバルブクリアランス測定装置は、例えばカムの変位量とカム当接部材の変位量とをそれぞれ別個に測定することにより、２種類の測定データが得られる構成を有する従来型のバルブクリアランス測定装置に比べて、演算手段において処理すべきデータ量は減少する。

また、変位量測定手段においては、動弁機構により位置が変化する基準面に対しての交点の変位量を測定している。そのため、カムがカム当接部材に当接してバルブを開閉する際に、カムとカムシャフトとの間の公差などに起因して当該カムがカム当接部材に押し戻されたとしても、押し戻しによる交点位置の変化量と同じだけ基準面の位置も変化するので、変位量測定手段により得られるデータにおいては、公差などに起因する変位量の誤差はすでに相殺された形になっている。したがって、本発明に係るバルブクリアランス測定装置は、比較的容易な演算処理によって精度良くバルブクリアランスを測定することが可能となる。

また、このような構成によると、測長手段は１つですむため、例えばカムの変位量を測定するための装置とカム当接部材の変位量を測定するための装置とを別個に設けている従来型のバルブクリアランス測定装置に比べて、測長手段の数を低減することができるとともに、装置構成が比較的シンプルとなる。なお、測長手段として好ましくは、デジタルゲージである。

好ましくは、データには、カムを１回転させる間に特定の回転角度ごとに測定した変位量の測定値が含まれており、演算手段においては、上記カムがカム当接部材に当接していない間における上記測定値の最大値と、上記カムが上記カム当接部材に当接している間における上記測定値の最大値との差をバルブクリアランスとして演算する。このような構成によると、より容易な演算処理によって精度良くバルブクリアランスを測定することが可能となる。

本発明のその他の利点および特徴については、以下に行う発明の実施形態の説明から、より明らかとなるであろう。

本発明の好ましい実施形態に係るバルブクリアランス測定装置Ｘについて、図１〜図４を参照しつつ具体的に説明する。本実施形態においては、バルブクリアランス測定装置Ｘの測定対象物として、ＯＨＣ構造を備えた車両用エンジンにおけるシリンダヘッド組立体Ｙを用いて説明を行う。図１は、本実施形態に係るバルブクリアランス測定装置Ｘの要部拡大断面図である。図２は、バルブクリアランス測定装置Ｘの測定対象物であるシリンダヘッド組立体Ｙの要部断面図である。なお、図１〜図３においては、図面の見易さの観点から後述するバルブクリアランスＶＣを実際よりも誇張して描いている。

まず、シリンダヘッド組立体Ｙの構造について、図２を参照しつつ説明する。

シリンダヘッド組立体Ｙは、吸気口（あるいは排気口）１１を有するシリンダヘッド１０と、吸気口１１を開閉するためのバルブ２０と、バルブ２０を開閉させるための動弁機構３０とを備える。バルブ２０は、一端部にバルブヘッド２１０、他端部にステムヘッド２１１を有するバルブ本体２１と、ステムヘッド２１１にコッタ２２を介して取りつけられるリテーナ２３と、ステムヘッド２１１を覆うように設けられたリフタ２４と、リテーナ２３とシリンダヘッド１０に設けられた支持部１２との間に介在するバルブスプリング２５とを有する。バルブ本体２１は、バルブスプリング２５によってバルブヘッド２１０が吸気口１１を閉鎖する方向に付勢されている。動弁機構３０は、カムシャフト３１と、当該カムシャフト３１に対して一体回転可能に取りつけられたカム３２とを有しており、カム３２を回転させてリフタ２４をバルブスプリング２５に抗して押動することにより、バルブ２０の開閉を行うことが可能な構成となっている。

シリンダヘッド組立体Ｙには、カム３２のカム外周面３２０とリフタ２４との間にはバルブクリアランスＶＣが設けられている。バルブクリアランスＶＣは、例えばリフタ２４におけるカム外周面３２０との対向部に適当な厚みのシム（図示せず）を設置したり、リフタ２４としてシム一体型リフタを用いたりすることにより調整可能である。

次に、シリンダヘッド組立体Ｙのバルブクリアランスを測定するためのバルブクリアランス測定装置Ｘの構造について、図１を参照しつつ説明する。

バルブクリアランス測定装置Ｘは、変位量測定機構４０と、演算装置５０とを備える。

変位量測定機構４０は、アタッチメント４１と、移動機構４２と、測長装置４３とを備え、リフタ２４におけるカム外周面３２０との対向面（リフタ２４にシムが取りつけられている場合はシムの上面）を基準面２４０として、カムシャフト３１の中心軸（図示せず）を通り、かつ、基準面２４０に対して垂直方向に延びる基準線（図示せず）とリフタ２４から離れている方のカム外周面３２０との交点Ｂの変位量を測定するためのものである。

アタッチメント４１は、カム３２側から基準面２４０に向けて延びており、基準面２４０に当接する当接部４１０と、移動機構４２と連結するための第１連結部４１１と、測長装置４３と連結するための第２連結部４１２とを有しており、第１連結部４１１において連結される移動機構４２により第２連結部４１２において連結される測長装置４３とともに上記基準線と平行な方向に一体動可能な構成となっている。

移動機構４２は、シリンダ４２０と、一端部において第１連結部４１１に連結されているロッド４２１とを有するシリンダ機構であり、アタッチメント４１の当接部４１０を基準面２４０に追従させることが可能な構成となっている。また、移動機構４２は、基準面２４０の微細な動きに対応すべく、ロッド４２１の動きを微調整することが可能な構成を有しているのが好ましい。なお、移動機構４２は、シリンダ機構には限られず、アタッチメント４１を基準面２４０に追従させることが可能な構成を有していればよい。

測長装置４３は、アタッチメント４１と連動するように第２連結部４１２において連結されており、基準面２４０（すなわち、アタッチメント４１の当接部４１０の先端）から交点Ｂまでの垂直距離（基準線方向の距離）Ｄを測定するためのものである。本実施形態において測長装置４３は、上記基準線の方向に進退動して交点Ｂに接触するプローブ４３１と、ゲージ部４３２とを備えるデジタルゲージである。プローブ４３１は、可動ロッド４３１ａと、可動ロッド４３１ａの一端部に取りつけられ、カム外周面３２０に接触する接触子４３１ｂと、可動ロッド４３１ａおよび接触子４３１ｂの動きに合わせて伸縮可能で且つ可動ロッド４３１ａを収容するための蛇腹状収容体４３１ｃとを有する。ゲージ部４３２は、接触子４３１ｂがカム外周面３２０に追随するように可動ロッド４３１ａを進退動させるためのシリンダ部（図示せず）と、当接部４１０の先端と接触子４３１ｂの先端との間の距離Ｄを測定するための測定部（図示せず）と、当該測定部において測定された距離Ｄのデータを演算装置５０に出力するための出力部（図示せず）とを有する。

演算装置５０は、測長装置４３によって測定された垂直距離ＤからバルブクリアランスＶＣを演算するためのものである。

以上の構成を有するバルブクリアランス測定装置ＸによるバルブクリアランスＶＣの測定について、図３〜図４を参照しつつ具体的に説明する。図３は、カム３２を１回転させる間における当該カム３２とリフタ２４の動きをアタッチメント４１および測長装置４３とともに示したものである。図４は、測長装置４３において得られる垂直距離Ｄの測定結果をカム３２の回転角度に対して示したものである。なお、図３においては、図面の見易さの観点から、カムシャフト３１とカム３２との嵌め合い公差Ｅを実際よりもはるかに誇張して描いている。

まず、カム３２を１回転させる間の垂直距離Ｄを測定する。

図３（ａ）は、カム外周面３２０においてカムシャフト３１の中心軸から最も離れた位置（以下、「カムトップ」と称する）が交点Ｂを構成するときの状態を示したものである。この状態における垂直距離Ｄは、カム３２の最大カム径Ｃ_MとバルブクリアランスＶＣとを足し合わせた長さＤ₁となる。また、垂直距離Ｄ₁は、図４に示すように、カム３２が１回転する間で、かつ、カム３２とリフタ２４とが接触していない間に測定された垂直距離Ｄの最大値となる。

図３（ｂ）は、カム３２を図３（ａ）の位置からさらに９０°回転させたときの状態を示したものである。この状態における垂直距離Ｄは、カム３２の基礎円部３２ａのカム径Ｃ_BとバルブクリアランスＶＣとを合わせた長さＤ₂となる。

図３（ｃ）は、カム３２を図３（ｂ）の位置から９０°回転させたときの状態を示したものであり、カムトップと基準面２４０とが当接したときの状態を示したものである。このとき、リフタ２４はカム３２によりバルブスプリング２５に抗して押動されているが、カム３２もバルブスプリング２５の抗力により公差Ｅの分だけ持ち上げられる。しかし、垂直距離Ｄは、基準面２４０から交点Ｂまでの距離を測定しているので、公差Ｅの分だけ持ち上げられたとしても測定結果には影響しない。つまり、この状態における垂直距離Ｄは、カム３２の最大カム径Ｃ_Mと等しい長さＤ₃となる。また、垂直距離Ｄ₃は、図４に示すように、カム３２が１回転する間で、かつ、カム３２とリフタ２４とが接触している間に測定された垂直距離Ｄの最大値となる。

次に、垂直距離Ｄの測定結果に基づき演算装置５０により演算をしてバルブクリアランスＶＣを求める。具体的には、バルブクリアランスＶＣは以下の演算式に基づいて求められる。

本実施形態に係る構成を有するバルブクリアランス測定装置Ｘでは、測長装置４３により測定した垂直距離Ｄに関する測定データの１種類のみである。そのため、図６に示すような従来型のバルブクリアランス測定装置Ｘ’に比べて、演算処理すべきデータ量は少なくてすむ。また、変位量測定装置４０においては、基準面２４０に対しての交点Ｂの垂直距離Ｄを測定している。そのため、カム３２がリフタ２４に当接してバルブ２０を押動する際に、バルブスプリング２５の抗力によってカム３２が公差Ｅの分だけリフタ２４に押し戻されたとしても、押し戻しによる交点Ｂの位置の変化量と同じだけ基準面２４０の位置も変化するので、変位量測定機構４０により測定される垂直距離Ｄにおいて公差Ｅに起因する誤差はすでに相殺された形になっている。したがって、バルブクリアランス測定装置Ｘでは、上記した演算式（数１参照）のように比較的容易な演算処理によって精度良くバルブクリアランスＶＣを測定することが可能となる。

以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々な変更が可能である。例えば、移動機構４２は、シリンダ４２０を用いるのに代えて、バルブスプリング２５の付勢力に比べてはるかに小さいバネでアタッチメント４１をリフタ２４側に付勢する構成としてもよい。また、アタッチメント４１の形状は、当接部４１０においてカム３２側から延びて基準面２４０に当接することが可能であればよく、図１に示すような形状には限られない。さらに、測長装置４３は、蛇腹状収容体４３１ｃ自体にスプリング機能をもたせ、バルブスプリング２５の付勢力に比べてはるかに小さい付勢力で接触子４３１ｂをカム３２側に押すようにし、ゲージ部４３２はゲージ機能のみを果たすようにしてもよい。

本発明に係るバルブクリアランス測定装置を示す要部拡大部分断面図である。ＯＨＣ構造を備えた車両用エンジンにおけるシリンダヘッド組立体の一例を示す要部拡大部分断面図である。図１に示すバルブクリアランス測定装置を用いて、図２に示すシリンダヘッド組立体のバルブクリアランスを測定する際の状態変化を示す要部拡大図である。図１に示すバルブクリアランス測定装置を用いて、図２に示すシリンダヘッド組立体のバルブクリアランスを測定する際に得られる測定データの一例を示すグラフである。ＯＨＣ構造を備えた車両用エンジンにおけるシリンダヘッド組立体の一例を示す要部拡大部分断面図である。従来のバルブクリアランス測定装置を示す要部拡大部分断面図である。図６に示すバルブクリアランス測定装置を用いて、図５に示すシリンダヘッド組立体のバルブクリアランスを測定する際に得られる測定データの一例を示すグラフである。

符号の説明

Ｘ，Ｘ’ バルブクリアランス測定装置
Ｙ，Ｙ’ シリンダヘッド組立体
ＶＣ，ＶＣ’ バルブクリアランス
Ｂ交点
Ｂ’ （カム３２の）上面
Ｄ垂直距離（変位量）
１０，１０’ シリンダヘッド
１１，１１’ 吸気口（もしくは排気口）
２０，２０’ バルブ
２４，２４’ リフタ（カム当接部材）
３０，３０’ 動弁機構
３１，３１’ カムシャフト
３２，３２’ カム
４０変位量測定機構
４０ａ’ 第１変位量測定機構
４０ｂ’ 第２変位量測定機構
５０，５０’ 演算装置（演算手段）
２４０，２４０’ 基準面

Claims

吸気口および排気口を有するシリンダヘッドと、上記吸気口および上記排気口を開閉するためのバルブと、カムシャフトおよび当該カムシャフトに対して一体回転可能に取りつけられているカムを備え且つ上記バルブを開閉するための動弁機構とを有するシリンダヘッド組立体における上記カムと上記バルブのカム当接部材との間のバルブクリアランスを測定するためのバルブクリアランス測定装置であって、
上記カム当接部材における上記カムとの対向面を基準面とし、上記カムシャフトの中心軸を通り且つ上記基準面に対して垂直方向に延びる基準線と上記カム当接部材から離れている方のカム外周面との交点の上記基準面に対する上記基準線方向の変位量を測定するための変位量測定手段と、当該変位量測定手段により得られる測定データに基づいてバルブクリアランスを演算するための演算手段とを備えており、
上記変位量測定手段は、上記カム側から延び、上記基準面に対して当接する当接部を有するアタッチメントと、当該アタッチメントを上記基準面に追従させて上記基準線と平行な方向に移動させるための移動機構と、上記アタッチメントの移動に連動するように取りつけられ、上記基準線の方向に伸縮して上記交点に当接するプローブを有することにより、上記当接部が当接している基準面から上記交点までの上記基準線方向の距離を測定するための測長手段と、を有することを特徴とする、バルブクリアランス測定装置。
上記測長手段は、デジタルゲージである、請求項１に記載のバルブクリアランス測定装置。