(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの各バルブの近傍で運転中のエンジン自体の振動をそれぞれ検出する複数の振動検出手段と、
上記各振動検出手段からのエンジン振動信号をそれぞれ処理して対応するバルブの駆動に関連するバルブ振動信号を抽出する複数の信号処理手段と、
エンジンコントロールユニットからのカム角検出信号及びクランク角検出信号と予め入力されたカムプロフィールデータとに基づいて各バルブに対応するカム開閉ランプ部及びバルブリフト部の範囲を示すカムシャフトタイミングを検出するタイミング検出手段と、
上記バルブ振動信号と上記カムシャフトタイミングとの相関に基づいてバルブクリアランスを判定する判定手段とを有することを特徴とするエンジン診断装置。
【請求項２】
上記各振動検出手段は、加速度ピックアップを有し、該加速度ピックアップをダンパ手段を介して対応するバルブ近傍のロッカカバーに押圧するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のエンジン診断装置。
【請求項３】
上記各信号処理手段は、対応する上記振動検出手段からのエンジン振動信号からバルブの駆動に関連する特定の周波数帯域の成分を抽出するバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタの出力を自乗する自乗器と、該自乗器の出力信号から高域周波数成分を除去してバルブの駆動に関連するバルブ振動信号を出力するローパスフィルタとを有することを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン診断装置。
【請求項４】
上記判定手段は、上記カムシャフトタイミングの各バルブに対応するカム開閉ランプ部及びバルブリフト部の範囲において、対応する上記信号処理手段から得られるバルブ振動信号と、バルブクリアランスが正常範囲にある時に当該信号処理手段から得られるバルブ振動信号に基づいて予め設定した基準値とを比較し、その比較結果に基づいて当該バルブのクリアランスを判定することを特徴とする請求項１〜３に記載のエンジン診断装置。
【請求項５】
上記判定手段による判定結果に基づいてクリアランス不良のバルブを識別可能に表示する表示手段を設けたことを特徴とする請求項１〜４に記載のエンジン診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの生産過程で、エンジンを運転してインテークバルブ及びエキゾーストバルブのバルブクリアランスの良否を判定するエンジン診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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運転してインテークバルブ及びエキゾーストバルブのクリアランスの良否を判定し、不良の場合には再調整するようにしている。
【０００３】
このバルブクリアランスの良否の判定にあたっては、従来、検査員が運転中のエンジン音を聞いて判定していた。しかし、この場合には、検査員の官能評価によって判定が行われるため、特に期間検査員や他の部署からの応援検査員等の臨時検査員が多い場合には、各検査員によって評価基準が異なり、エンジンの出荷保証基準にバラツキが生じることになる。
【０００４】
この検査員の聴覚に頼っていた音の違いを定量的にとらえ、バルブクリアランスの良否を自動的に判定する方法として、運転中のエンジン音をマイクロホンで検出し、その音圧信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して周波数スペクトルを求め、その周波数スペクトルに基づいて判定することが考えられる。しかし、ＦＦＴ処理は、離散的時間での周波数スペクトルを求めるものであるため、バルブクリアランスの不良によって生じるエンジン異音のように、時間によって周波数が変化する過渡領域の信号成分のデータ解析には適さないことになる。
【０００５】
一方、特開平８−２１９９５５号公報には、機器からの発生音をマイクロホンで検出し、その音圧信号を時間−周波数解析の一種であるウェーブレット変換して、音圧レベルと周波数とを同一時間軸上で表す三次元データとし、これにより発生音を定量的に評価するようにした機器の診断装置が提案されている。
【０００６】
この診断装置によれば、音圧信号をウェーブレット変換しているので、エンジンの診断に適用すれば、バルブクリアランスの不良によって生じるエンジン異音を定量的にとらえることができ、バルブクリアランスの良否を自動に判定することが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、本発明者による検討によると、上記の診断装置を適用して生産過程でのエンジンを診断しようとすると、密閉された運転ベンチ内で運転されるエンジンからは、診断の対象であるバルブ音の他に、インジェクタ音、ベルト擦れ音、ダイナモ回転音、排気音、通風口音等の種々の音が混在するため、バルブ音に関連する信号を区別することが困難となり、バルブクリアランスの良否の誤判定を誘発するおそれがある。
【０００８】
また、バルブ音に関連する信号を抽出するために、所定の気筒の点火信号タイミングのみを計測のトリガとして用いると、各気筒のフロント側とリヤ側とのバルブの信号データ（クリアランスの振動レベル）が異なる場合には、図６に示すように、それぞれの振動レベルが時間軸ｔ上で異なる位置に現れるので、両者を区別して検出できるが、両者の振動レベルが同一の場合には、図７に示すように、それぞれの振動レベルが合成されて時間軸ｔ上に現れるため、両者を区別して検出することができなくなる。
【０００９】
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常に正確に判定できるエンジン診断装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項１に記載のエンジン診断装置の発明は、エンジンの各バルブの近傍で運転中のエンジン自体の振動をそれぞれ検出する複数の振動検出手段と、上記各振動検出手段からのエンジン振動信号をそれぞれ処理して対応するバルブの駆動に関連するバルブ振動信号を抽出する複数の信号処理手段と、エンジンコントロールユニットからのカム角検出信号及びクランク角検出信号と予め入力されたカムプロフィールデータとに基づいて各バルブに対応するカム開閉ランプ部及びバルブリフト部の範囲を示すカムシャフトタイミングを検出するタイミング検出手段と、上記バルブ振動信号と上記カムシャフトタイミングとの相関に基づいてバルブクリアランスを判定する判定手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項１の発明によると、各バルブの近傍で対応する振動検出手段により運転中のエンジン自体の振動を検出して、そのエンジン振動信号から対応する信号処理手段によってバルブの駆動に関連するバルブ振動信号を抽出するので、音を検出する場合のような外乱の影響を受けにくくすることが可能となる。また、判定手段では、抽出された各バルブ振動信号と、エンジンコントロールユニットからのカム角検出信号及びクランク角検出信号と予め入力されたカムプロフィールデータとに基づいてタイミング検出手段で検出されるカムシャフトタイミングとの相関に基づいて、バルブクリアランスを判定するので、各気筒のフロント側とリヤ側とのバルブ振動信号のレベルが同一であっても、両者を区別して検出することが可能となる。従って、バルブクリアランスを常に正確に判定することが可能となる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１のエンジン診断装置において、上記各振動検出手段は、加速度ピックアップを有し、該加速度ピックアップをダンパ手段を介して対応するバルブ近傍のロッカカバーに押圧するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明によると、加速度ピックアップを各バルブ近傍のロッカカバーにダンパ手段を介して押圧するので、各加速度ピックアップにより対応するバルブの振動を含むエンジンの振動を高感度で検出することが可能となる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２のエンジン診断装置において、上記各信号処理手段は、対応する上記振動検出手段からのエンジン振動信号からバルブの駆動に関連する特定の周波数帯域の成分を抽出するバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタの出力を自乗する自乗器と、該自乗器の出力信号から高域周波数成分を除去してバルブの駆動に関連するバルブ振動信号を出力するローパスフィルタとを有することを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明によると、簡単な回路構成で、振動検出手段からのエンジン振動信号に含まれる所望のバルブ振動信号を抽出することが可能となる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のエンジン診断装置において、上記判定手段は、上記カムシャフトタイミングの各バルブに対応するカム開閉ランプ部及びバルブリフト部の範囲において、対応する上記信号処理手段から得られるバルブ振動信号と、バルブクリアランスが正常範囲にある時に当該信号処理手段から得られるバルブ振動信号に基づいて予め設定した基準値とを比較し、その比較結果に基づいて当該バルブのクリアランスを判定することを特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明によると、バルブクリアランスが正常範囲、例えば許容限界値にあるエンジンについて得られるバルブ振動信号を基準値として予め記憶しておく簡単な構成で、診断対象のエンジンのバルブクリアランスの良否を正確に判定することが可能となる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のエンジン診断装置において、上記判定手段による判定結果に基づいてクリアランス不良のバルブを識別可能に表示する表示手段を設けたことを特徴とする。
【００１９】
請求項５の発明によると、クリアランス不良のバルブが表示手段に識別可能に表示されるので、容易に対処することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のエンジン診断装置の実施の形態について、図１乃至図５を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１は、エンジン診断装置の概略構成を示すブロック図、図２は図１に示すエンジンのバルブ位置を示す部分平面図、図３はエンジンの部分断面図、図４は図１に示す信号処理回路の動作を説明するための信号波形図、図５は同じくタイミング検出回路で検出されるカムシャフトタイミングを示す図である。
【００２２】
符号１は、例えば水平対向型４気筒ツインカム１６バルブの公知のエンジンを示し、＃１は第１気筒、＃２は第２気筒、＃３は第３気筒、＃４は第４気筒を示している。エンジン１の各気筒には、図２に第１気筒＃１及び第３気筒＃３におけるバルブ位置を示すように、２個のインテーク（ＩＮＴ）フロントバルブ２ａ及びＩＮＴリヤバルブ２ｂと、２個のエキゾースト（ＥＸＨ）フロントバルブ３ａ及びＥＸＨリヤバルブ３ｂとが設けられている。
【００２３】
各バルブは、例えば図３に一つの気筒における１個のＩＮＴフロントバルブ２ａと１個のＥＸＨフロントバルブ３ａとを示すように、カムシャフト５の回転により対応するカム５ａ及びロッカアーム６ａ，６ｂを介して駆動されるようになっている。なお、図３において、７ａ，７ｂはロッカシャフト、８はロッカカバー、９はシリンダヘッド、１０ａ及び１０ｂはシリンダヘッド９に形成された吸気ポート及び排気ポート、１１はシリンダブロック、１２はピストン、１３は燃焼室を示している。
【００２４】
本実施の形態では、エンジン生産工程において、エンジン１の各バルブのバルブクリアランスの良否を判定するため、運転ベンチにおいてエンジン１の各バルブ近傍のロッカカバー８にそれぞれ振動検出手段の一例としての加速度ピックアップ２１を押圧して運転中のエンジン自体の振動を検出する。各加速度ピックアップ２１は、例えば図３に示すように、ダンパ手段としてのダンパ機構を有するシリンダ２２の先端部に取り付けて、対応するバルブ近傍のロッカカバー８に押し当てるようにする。なお、図１では、図面を簡略化するために、各気筒について１個の加速度ピックアップ２１のみを示している。
【００２５】
各加速度ピックアップ２１で検出されるエンジン振動信号は、それぞれ増幅器２５で増幅して信号処理回路２６に供給する。増幅器２５および信号処理回路２６によって本実施の形態に係わる信号処理手段が構成される。信号処理回路２６は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２７、自乗器２８及びローパスフィルタ（ＬＰＦ）２９を有して構成し、加速度ピックアップ２１から出力される図４（ａ）に示すエンジン振動信号をＢＰＦ２７に供給して、図４（ｂ）に示すようにバルブの駆動に関連する特定の周波数帯域の成分を抽出し、このＢＰＦ２７の出力を自乗器２８で自乗して図４（ｃ）に示すようにパワー成分に変換した後、ＬＰＦ２９で高域周波数成分を除去して図４（ｄ）に示すようなバルブの駆動に関連するバルブ振動信号を得るようにする。なお、図１では、図面を簡略化するために、一つの加速度ピックアップ２１に対応する増幅器２５及び信号処理回路２６を示している。これら各加速度ピックアップ２１に対応する信号処理回路２６の出力は、判定回路３１に供給する。
【００２６】
一方、エンジン１の運転を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３２で検出されるカム角検出信号及びクランク角検出信号は、タイミング検出手段としてのタイミング検出回路３３に供給する。このタイミング検出回路３３には、図３に示すカムシャフト５のカムプロフィールデータを予め入力し、ここでＥＣＵ３２からのカム角検出信号及びクランク角検出信号とカムプロフィールデータとに基づいて、図５に示すように各バルブに対応するカム開閉ランプ部及びバルブリフト部の範囲を示すカムシャフトタイミングを検出し、この検出したカムシャフトタイミング信号を判定手段としての判定回路３１に供給する。
【００２７】
判定回路３１では、各信号処理回路２６からのバルブ振動信号とタイミング検出回路３３からのカムシャフトタイミングとの相関を演算し、その演算結果に基づいてバルブクリアランスを判定する。
【００２８】
ここで、バルブクリアランスが大きいバルブの場合には、バルブを開くタイミングが遅くなるため、カム開ランプ部直後のバルブリフト部にバルブ振動信号が現れると共に、バルブが閉じるタイミングも早くなるため、カム閉ランプ部直前のバルブリフト部にバルブ振動信号が現れる。そこで、本実施の形態では、バルブクリアランスが正常範囲、例えば許容限界値にあるエンジンについて得られるバルブ振動信号を基準値として予め設定して記憶しておき、タイミング検出回路３３からのカムシャフトタイミング信号に基づいて、各バルブに対応するカム開閉ランプ部及びバルブリフト部の範囲において、対応する信号処理回路２６からのバルブ振動信号と基準値とを比較し、バルブ振動信号が基準値を超えるバルブをクリアランス不良と判定する。
【００２９】
この判定回路３１での判定結果は、各バルブに対応する表示ランプを有する判定結果表示回路３５に供給して、クリアランス不良のバルブに対応する表示ランプを点灯させる。
【００３０】
このように、本実施の形態によれば、各バルブの近傍のロッカカバー８にそれぞれ加速度ピックアップ２１を押圧して運転中のエンジン自体の振動を検出し、そのエンジン振動信号から対応する信号処理回路２６でバルブの駆動に関連するバルブ振動信号を抽出するので、音を検出する場合のような外乱の影響を受けることなく、対応するバルブの振動信号を高感度で検出することができると共に、各バルブ振動信号を、タイミング検出回路３３においてＥＣＵ３２からのカム角検出信号及びクランク角検出信号と予め入力された診断対象のエンジン１のカムシャフト５のカムプロフィールデータとに基づいて検出したカムシャフトタイミングに基づいて、判定回路３１において予め設定した基準値と比較してバルブクリアランスを判定するので、各気筒のフロント側とリヤ側とのバルブ振動信号のレベルが同一であっても、両者を区別して検出することができ、バルブクリアランスを常に正確に判定することができる。
【００３１】
また、判定回路３１での判定結果に応じて、判定結果表示回路３５の各バルブに対応する表示ランプを、クリアランス不良の場合に点灯させるようにしたので、検査員においてクリアランス不良バルブを容易に識別することができ、迅速に対処することができる。
【００３２】
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の変更が可能である。例えば、ＥＣＵによるエンジン機種判別を行い、その判別結果に基づいて対応するエンジンのカムプロフィールデータによりカムシャフトタイミングを検出するようにして、多機種におよぶエンジンを診断するようにすることもできる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明した本発明のエンジン診断装置によると、各バルブの近傍で運転中のエンジン自体の振動をそれぞれ検出し、その各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バルブ振動信号を抽出するようにしたので、音を検出する場合のような外乱の影響を受けにくくすることができると共に、抽出された各バルブ振動信号と、エンジンコントロールユニットからのカム角検出信号及びクランク角検出信号と予め入力されたカムプロフィールデータとに基づいて検出されるカムシャフトタイミングとの相関に基づいてバルブクリアランスを判定するようにしたので、各気筒のフロント側とリヤ側とのバルブ振動信号のレベルが同一であっても、両者を区別して検出することができ、バルブクリアランスを常に正確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエンジン診断装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すエンジンのバルブ位置を示す部分平面図である。
【図３】同じく、図１に示すエンジンの部分断面図である。
【図４】図１に示す信号処理回路の動作を説明するための信号波形図である。
【図５】図１に示すタイミング検出回路で検出されるカムシャフトタイミングを示す図である。
【図６】従来例において、フロント側とリヤ側とのバルブの振動レベルが異なる場合を説明する波形図である。
【図７】同じく、フロント側とリヤ側とのバルブの振動レベルが同一の場合を説明する波形図である。
【符号の説明】
１      エンジン
２ａ    ＩＮＴフロントバルブ
２ｂ    ＩＮＴリヤバルブ
３ａ    ＥＸＨフロントバルブ
３ｂ    ＥＸＨリヤバルブ
５      カムシャフト
５ａ    カム
６ａ、６ｂ  ロッカアーム
７ｂ、７ｂ  ロッカシャフト
８      ロッカカバー
９      シリンダヘッド
１０ａ    吸気ポート
１０ｂ    排気ポート
１１      シリンダブロック
１２      ピストン
１３      燃焼室
２１      加速度ピックアップ
２２      シリンダ
２５      増幅器
２６      信号処理回路
２７      バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
２８      自乗器
２９      ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
３１      判定回路
３２      エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
３３      タイミング検出回路
３５      判定結果表示回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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