エンジンブロツク加工装置
【目的】 本発明は、シリンダヘッド一体型のエンジンブロックでも全てのチャンバー容積を高精度で計測し、この計測結果得た所望の容積値との偏差量に基づいて各チャンバーを所定値に加工することを目的とする。
【構成】 エンジンブロックにおける各チャンバーの開口部を気密にする気密手段と、気密にされた各チャンバーの閉空間内に音圧を印加する音圧発生手段３０と、各チャンバー内の音圧を検出する音圧検出手段２７ａ，２７ｂと、その音圧検出信号からヘルムホルツ共鳴周波数を検出するヘルムホルツ共鳴検出手段４９，５３，５４と、検出された共鳴周波数に基づいて各チャンバーの容積を演算し、所望の容積値との偏差量を求める偏差量演算手段５０と、求められた偏差量に従って各チャンバーを所要量切削する切削手段３，４とを有することを特徴とする。
【構成】 エンジンブロックにおける各チャンバーの開口部を気密にする気密手段と、気密にされた各チャンバーの閉空間内に音圧を印加する音圧発生手段３０と、各チャンバー内の音圧を検出する音圧検出手段２７ａ，２７ｂと、その音圧検出信号からヘルムホルツ共鳴周波数を検出するヘルムホルツ共鳴検出手段４９，５３，５４と、検出された共鳴周波数に基づいて各チャンバーの容積を演算し、所望の容積値との偏差量を求める偏差量演算手段５０と、求められた偏差量に従って各チャンバーを所要量切削する切削手段３，４とを有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エンジンブロックの燃焼室容積（ピストンが上死点時の容積を以下チャンバー容積という）を計測し所望の容積値との偏差量に基づいて修正加工することにより各チャンバー容積を精度よく所定値に加工することが可能なエンジンブロック加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンブロックにおけるチャンバー容積は、圧縮比等エンジンの性能に直接関連する重要な精度管理項目である。従来、このチャンバー容積に関する精度管理は、エンジンブロックをボーリング加工によりシリンダ内径を決定した後、抜取り検査において燃焼室内部に水等の液体を注入し、この注入量の値に基づいて切削機械及びエンジンブロック鋳造型の調整を行っていた。しかし、抜取り検査では部品の個体寸法ばらつきによりチャンバー容積の精度管理が不十分であり、また検査のための時間がかかり全数検査等の検査数を増やすことが困難である。さらに、ボーリング加工精度に依存する各気筒間のチャンバー容積偏差は、ベアリングキャップ取付け面等の位置を調整しても吸収することが困難である。これは、個体偏差は平均値を調整しても低減できないことによる。
【０００３】一方、チャンバー容積の計測に関し、ポリゴン型の回転鏡を用いてレーザビームを測定対象物の上に走査し、その反射光を測定部で読取って測定対象物の面形状を三次元的に計測し、その面形状データから演算により測定対象物の容積を求めるようにしたレーザ式容積測定装置が知られている。しかし、このようなレーザ方式のものは、シリンダヘッド一体型のエンジンブロックでは、チャンバーの奥深い個所からの反射光の読取りが難しくなることと、これに加えて計測ヘッドが大型であることからそのチャンバー容積の計測は困難である。計測ヘッドの小型化は計測精度を劣化させることになるので難しい。また、レーザ方式のものは、極めて高価であり、加工装置に全数組込むのは、コストがかかり過ぎることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のボーリング加工後、抜取り検査を行い、その検査結果に基づいて切削機械等の調整を行うようにしたものでは、部品の個体寸法のばらつきによりチャンバー容積の精度管理が不十分であり、また、ボーリング加工精度に依存する各気筒間のチャンバー容積偏差は、ベアリングキャップ取付け面等の位置を調整しても吸収することが困難であるという問題があった。
【０００５】また、チャンバー容積の計測に関してレーザ方式のものでは、シリンダヘッド一体型のエンジンブロックにおけるチャンバー容積の計測は困難であるという問題があった。
【０００６】そこで、本発明は、シリンダヘッド一体型のエンジンブロックでも全てのチャンバー容積を高い精度で計測することができ、この計測結果得た所望の容積値との偏差量に基づいて各チャンバーを所定値に加工することが可能なエンジンブロック加工装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決するために、それぞれ開口された少なくとも２つのチャンバーを有するエンジンブロックにおける当該チャンバーの容積を所定値に加工するエンジンブロック加工装置であって、前記各チャンバーの開口部を気密にする気密手段と、該気密手段で気密にされた前記各チャンバーの閉空間内に音圧を印加する音圧発生手段と、該音圧発生手段で印加された前記各チャンバー内の音圧を検出する音圧検出手段と、該音圧検出手段の検出信号からヘルムホルツ共鳴周波数を検出するヘルムホルツ共鳴検出手段と、該ヘルムホルツ共鳴検出手段で検出されたヘルムホルツ共鳴周波数に基づいて前記各チャンバーの容積を演算し、所望の容積値との偏差量を求める偏差量演算手段と、該偏差量演算手段で求められた偏差量に従って前記各チャンバーを所要量切削する切削手段とを有することを要旨とする。
【０００８】
【作用】上記構成において、チャンバー容積の計測に、閉空間内に印加した音圧を検出するという手法に基づくヘルムホルツ共鳴法を用いているため、シリンダヘッド一体型のエンジンブロックでも全てのチャンバーの容積計測が可能となり、さらには気密が不完全でも全てのチャンバーの容積を高い精度で計測することが可能となる。そして、この計測結果得た所望の容積値との偏差量に基づいて各チャンバーが所定値に加工される。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【００１０】この実施例は、シリンダヘッド一体型のエンジンブロックの加工に適用されている。
【００１１】図１ないし図２１は、本発明の第１実施例を示す図である。
【００１２】まず、図１を用いて装置全体のレイアウトから説明する。
【００１３】コンベア１０によりエンジンブロック９が後述の台車を介して図中Ｄ矢印の方向に一定の速度で移動されるようになっている。エンジンブロック９の流れの上流側から順に、作業者Ｂ、恒温槽７、切削手段としての第１の加工部３及び第２の加工部４、作業者Ａが配置されている。恒温槽７は所定の区間７ａを有し、エンジンブロック９をより長時間恒温槽７内にとどめてエンジンブロック９を恒温槽７の温度と同一にする機能を有している。恒温槽７は、温度管理部６によって所定の温度に温度管理されている。また、恒温槽７の内部には、計測部１とバルブ吸引部２がある。上述の計測部１、バルブ吸引部２、第１の加工部３、第２の加工部４、温度管理部６、コンベア１０の各部は制御手段５によって制御されている。
【００１４】図２、図３及び図４は、図１中の計測部１の構造を示している。図３は計測部１でのエンジンブロック位置決め機構の詳細図、図４は図３の上面図である。
【００１５】図２において、計測ヘッド１２は、移動台１１に固定されており、上下方向駆動部１３により上下方向に移動可能になっている。図３に示すように、エンジンブロック９は台車１０１の上に載置され、この台車１０１はコンベア１０に付いている爪１０ｃによってコンベア１０と共にＤ矢印方向へ移動する。このとき、台車１０１は、レール１０ａに沿ってほぼ一定の軌道を動くようにレールガイド１０１ａが付いている。レール１０ａは、支柱１０ｂで支えられている。エンジンブロック９は、コンベア１０の下方に配置されている位置決め機構１５のロケートピン１５ａがエンジンブロック９のロケート穴１５ｂに挿入されて上昇し、上方から押圧し固定するクランプ機構１６により計測ヘッド１２と所定の相対位置に位置されるようになっている。エンジンブロック９の下方には気筒の数（本実施例では４気筒）に対応して配置されるバルブ１０３を吸引するためのバルブ吸引ユニット２ａが配置されている。バルブ吸引ユニット２ａ、位置決め機構１５及びロケートピン１５ａは一体的になっており、これら全体でバルブ吸引部２が構成されている。なお、位置決め機構１５によるエンジンブロック９の上昇のタイミングは位置決めセンサ１００により決定される。図４に示すように、バルブ吸引部２とコンベア１０、レール１０ａ及び支柱１０ｂとは、バルブ吸引部２が上昇したとき、互いに干渉しないような配置になっている。
【００１６】図５は、図２中の計測ヘッド１２の詳細図である。シャフト２０を介して移動台１１と固定される密閉用治具１７の略中心部には、管１８が密閉用治具１７を貫通して配設され、また密閉用治具１７の外周部には気密手段となるゴムチューブによる気密機構１９が配設されている。管１８の先端部には、周囲の気流による計測精度の悪化を防止するため、防風機構１０７が形成されている。気密機構１９を上部から押え、気密機構１９の形状を所定の形状に制限するための押圧治具２１には、シャフト２０を滑らかにスライドさせるためのガイド２２が配設され、また押圧治具２１と移動台１１との間には、押圧治具２１を上下に移動させるための空圧式の押圧治具駆動機構２３が配設されている。気密機構１９には、エアー供給管２４が接続されている。密閉用治具１７及び管１８にはそれぞれ音圧検出手段となるマイク２７ａ，２７ｂが配設され、管１８には音圧発生手段となる後述の音源が配設されている。
【００１７】図６は計測ヘッド１２がシリンダボア１２３に挿入された状態を示している。１０３はバルブ、１２４はバルブガイド、１２５はバルブシート、１０５はスキッシュエリア、１０６はベアリングキャップ取付部、１０２は点火プラグ、１０４はチャンバーである。
【００１８】図７及び図８は、図５中の密閉用治具１７と管１８とから構成されるヘルムホルツ共鳴器の上面図及び側面断面図である。密閉用治具１７及び管の所定の位置にはそれぞれマイク取付け穴２６が形成され、マイク２７ａ，２７ｂがそれぞれ挿入され固定されている。また管１８の側面には、音源取付け穴２５が形成され、音源３０が挿入され固定されている。音源３０としては、イヤホンタイプの小型のものが用いられている。
【００１９】図９は、図７及び図８中のマイク取付け部の拡大図である。密閉用治具１７のマイク取付け穴２６とマイク２７ａとの間には、シリコンゴムの防振材２８ａが圧入され、マイク取付け治具２９により固定されている。管１８のマイク取付け穴２６部の構造もこれとほぼ同じである。
【００２０】図１０は、図７及び図８中の音源取付け部の拡大図である。音源３０と音源取付け穴２５との間に、シリコンゴムの防振材２８ｂが挿入され、音源取付け治具３１により密閉用治具１７に固定されている。３０ａは音源信号線である。
【００２１】図１１は、図３中のバルブ吸引ユニット２ａの詳細図である。コンベア１０の下方に、エンジンのバルブ数と同じ、所定数の、バルブ吸引機構３２が配設されている。本実施例のエンジンブロック９では１つの気筒あたり４つのバルブがあるためバルブ吸引機構３２は、バルブ吸引ユニット２ａの１つ当り４つ配置されている。バルブ吸引機構３２は、図１において作業者Ｂが取付けたバルブ１０３の端部を、空圧により開閉が可能なチャック機構３３により挟み、同じく空圧により図中Ｅ矢印方向に吸引可能な引張り機構３４によりバルブ１０３を引張るようになっている。なお点火プラグ１０２は図１中作業者Ｂによりエンジンブロック６に配置される。
【００２２】図１２は、図１中の第１の加工部３の構成を示している。図中上方の加工のための手段は、スキッシュエリア１０５を切削加工するチャンバー加工用カッター３５、このチャンバー加工用カッター３５を移動するためのボールねじ式のＸ軸方向駆動部３７ａ、Ｚ軸方向駆動部３６及びＺ軸方向駆動部３６の背面に配設されたＹ軸方向駆動部３７ｂで構成されている。また図中下方の台車１０１の上に置かれたエンジンブロック９の位置決めのための手段は、図３、図４に示した計測部１での位置決めのための手段と同様である。ただし、ここでの位置決めのための手段では、バルブ吸引ユニット２ａは必要ないので構成には含まれない。
【００２３】図１３は、図１中の第２の加工部４の構成を示している。図中上方の加工のための手段は、ベアリングキャップ取付面１０６を切削加工するエンドミル４０、エンドミル４０を移動するためのボールねじ式のＸ軸方向駆動部４２ａ、Ｙ軸方向駆動部４２ｂ及びＺ軸方向駆動部４１で構成されている。図中下方の台車１０１の上に置かれたエンジンブロック９の位置決めのための手段は、図１２の場合と同じである。
【００２４】図１４は、図１中の制御手段５の構成を示している。ＣＰＵ部４９からの出力信号としては、発振部４８への発振ＯＮ／ＯＦＦ及び周波数、振幅の信号、計測結果を取込むＡ／Ｄ変換部５１へのトリガ信号、チャンバー１０４の容積を演算し所望の容積値との偏差量を求める偏差量演算手段としての演算部５０への演算開始信号、各部を制御する制御部５２への指令信号がある。またＣＰＵ部４９にはさらに、各手段の動作状況を表示するための表示器６５エンジン各機種ごとに基準となるチャンバー１０４の容積値、共鳴周波数から容積を求めるデータ、容積値から切削量及び部位を決定するためのデータ等を蓄えておくデータマップ６６、メモリ６７、キーボード６８が接続されている。制御部５２には、計測部１、バルブ吸引部２、第１の加工部３、第２の加工部４、温度管理部６、コンベア１０の各部が接続されている。アンプ５９は、発振部４８の発振信号を増幅して音源３０を駆動する駆動用アンプである。アンプ６０は、マイク２７ａ，２７ｂの信号を増幅するためのプリアンプである。２つのアンプ６０の信号は所定の帯域幅を有する第１のフィルタ５３、第２のフィルタ５４にそれぞれ入力され、２つの信号を加算する加算器５５を経てＡ／Ｄ変換部５１に入力されている。
【００２５】次に、上述のように構成されたエンジンブロック加工装置の動作を順に説明する。
【００２６】（原理）まず、図１５を用いて、本実施例におけるチャンバー容積を計測するためのヘルムホルツ共鳴器の動作原理を説明する。
【００２７】空洞４５に音響管４６（図５の管１８に相当）が接続されている。空洞４５の容積をＶ、音響管４６の長さをｌ、音響管４６の内部断面積をＳ、音速をｃとすると空洞４５によるヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数ｆ1 は ｆ1 ＝（ｃ／２π）・（Ｓ／ｌＶ）1/2 （１）
で与えられる。
【００２８】一方、音響管４６によるヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数ｆ2は、 ｆ2 ＝ｃ／２ｌ 及びその整数倍の周波数 （２）
で与えられる。以下においては、１次の共振周波数ｆ2 を用いるものとして説明する。1 ，ｆ2 はともに音速ｃに依存するため、温度によって変化するが、（１），（２）式の比をとることによりｃを消去すると
但しＫ＝ｌＳ／π2 となり、音速ｃの変化の影響を受けずに、即ち温度の変化に依存しないで空洞４５の容積Ｖを知ることができる。
【００２９】ここでエンジンブロック９のチャンバー１０４の容積をＶとすると、２つの共鳴周波数ｆ1 ，ｆ2 を求めれば、（３）式を用いてチャンバー１０４の容積Ｖを求めることができる。しかし（３）式は、理想化された条件下で理論的に導き出されたもので、実際にこの式に従って容積を求めた場合、精度で不足する。そこで例えば（３）式に補正項を加えた Ｖ＝Ｋ（ｆ2 ／ｆ1 ）2 ＋α （４）
のような式を用いて、ｆ1 ，ｆ2 から容積Ｖを求める。ここで、（４）式の定数Ｋ及び補正項αは、既知の容積の物体を用いた校正により実験的に定め、予め図１４のデータマップ６６へ入力しておく。
【００３０】（全体の手順）図１６の製造工程フローを用いてエンジンブロック製造ラインにおける製造工程を説明する。
【００３１】本実施例のシリンダヘッドとシリンダが一体に形成されるエンジンブロック９はおおむね、図１６における、鋳造工程（４７ａ）、機械加工工程（４７ｂ）、修正加工工程（４７ｃ）、仕上げ加工工程（４７ｄ）の４工程を経て、次工程である組立工程へ送られる。
【００３２】鋳造工程（４７ａ）はエンジンブロック９を鋳造する工程である。
【００３３】機械加工工程（４７ｂ）は鋳造工程を終了したエンジンブロック９の上面、下面、シリンダボア、バルブガイド、バルブシートを切削加工し、またバルブガイド、バルブシートを圧入する工程である。
【００３４】修正加工工程（４７ｃ）は本実施例に示すように、鋳造工程（４７ａ）での鋳造型の精度不十分、機械加工工程（４７ｂ）での加工精度不十分等の要因によりチャンバー１０４の容積が所定の設計誤差範囲におさまらない場合、チャンバー１０４内部のスキッシュエリア１０５及びベアリングキャップ取付部１０６を追加工（修正加工）することによりチャンバー１０４の容積を所定の設計誤差範囲内におさめるように修正する工程である。
【００３５】仕上げ加工工程（４７ｄ）は次工程である組立に必要な所定の部材を全てエンジンブロック９に取付けるための仕上げ加工を行う工程である。
【００３６】本実施例では以上の４工程のうち修正加工工程（４７ｃ）以外は従来のエンジンブロック製造工程と同一であるので説明を省略し、以下、修正加工工程（４７ｃ）に関し説明する。
【００３７】図１６中、修正加工工程（４７ｃ）に記載される手順が図１に示した各手段により実現される。以下、図１を用いて本実施例の修正加工工程（４７ｃ）の内容を説明する。
【００３８】（バルブ、プラグの取付け）機械加工工程（４７ｂ）を終えたエンジンブロック９が、前工程からコンベア１０により流れて来る。作業者Ｂは、エンジンブロック９のチャンバー１０４を密閉するための点火プラグ１０２及びバルブ１０３を取付ける作業を行う。本実施例では作業者Ｂが行っているが、本作業は専用の機械を用いて行ってもよい。また、後の工程でエンジンブロック９を切削するため、これら点火プラグ１０２及びバルブ１０３は実物ではなく同様形状の代用品を用いてもよい。
【００３９】（燃焼室ボリューム（容積）測定）エンジンブロック９は、温度管理部６により所定の温度に保たれた恒温槽７の内部を、コンベア１０によってＤ矢印の方向へ移動する。所定の区間７ａをエンジンブロック９が通過する間に、エンジンブロック９の温度が恒温槽７内の温度と等しくなるよう所定の区間７ａの長さを予め設定する。エンジンブロック９が計測部１の位置に流れてきたら、まず後述の位置決め手順（１）により、エンジンブロック９を計測部１の下方に位置決めする。
【００４０】次にエンジンブロック９は、計測部１により各気筒のチャンバー１０４の容積が計測される。この計測部１によるチャンバー１０４の容積の計測方法を図３R>３を用いて説明する。前述のようにエンジンブロック９を位置決めした後、バルブ吸引ユニット２ａによりチャンバー１０４の下部の穴を密閉する。なお点火プラグ穴は作業者Ｂにより点火プラグ１０２で予め密閉されている。
【００４１】ここで、図１１を用いて、バルブ吸引ユニット２ａの動作手順を説明する。空圧駆動のチャック機構３３でバルブ１０３を掴み、空圧駆動の引張り機構３４でバルブ１０３をＥ矢印方向に引張る。制御手段５の指令により、上下方向駆動部１３により計測ヘッド１２を所定の移動量だけシリンダボア１２３内に下降させる。この移動量を制御手段５が知るには、計測ヘッド１２とエンジンブロック９との相対位置が予め既知でなければならず、次のように決定される。
【００４２】本実施例の計測部１、第１の加工部２、第２の加工部３の原点位置とロケートピン１５ａとの相対位置は予め装置の設計上既知である。またエンジンブロック９の加工は全てロケート穴１５ｂの最奥面の位置を基準に行われているため、エンジンブロック９の全ての加工部の座標はロケート穴１５ｂからの相対座標で全て既知である。従って計測ヘッド１２とエンジンブロック９との相対位置のずれはロケートピン１５ａとロケート穴１５ｂとの相対位置に依存することになり、通常この相対位置ずれは極微小であるため無視できる。従って、計測ヘッド１２の移動量を制御手段５が知ることができる。
【００４３】以降の手順を図５、図６を用いて説明する。密閉用治具１７の下面が、前述の手順で既知である上死点または基準位置に降下したところで停止させる。ここで全ての（本実施例では４つ）計測ヘッド１２においてエアー供給源（図示せず）からエアー供給管２４を経て気密機構１９にエアーを送り、気密機構１９を膨張させる。さらに空圧駆動の押圧治具駆動機構２３により押圧治具２１を降下させ、気密機構１９を上方より押えることにより、チャンバー１０４を完全に密閉する。このあと、制御手段５により全てのチャンバー１０４の容積を計算し求める。この手順を、次の容積計測手順（１）により説明する。
【００４４】（容積計測手順（１））チャンバー１０４の容積の計測手順を図１４を用いて具体的に説明する。チャンバー１０４の密閉が完了すると、ＣＰＵ部４９の信号により、発振部４８の発振信号がアンプ５９を介し音源３０に伝達され音源３０が振動する。このときの管１８内及びチャンバー１０４の音圧をマイク２７ａ，２７ｂで検出する。ここで、管１８に取付けられたマイク２７ｂでは主に管１８内の音圧を検出するため、第１のフィルタ５３の特性は、予め前記（２）式で求められる音響管の共鳴周波数ｆ2 付近を通過域とするバンドパスフィルタ特性とする。同様に、密閉用治具１７に取付けられたマイク２７ａでは主にチャンバー１０４の音圧を検出するため、第２のフィルタ５４の特性は、予め前記（１）式で求められる共鳴周波数ｆ1 付近を通過域とするバンドパスフィルタ特性とする。また、音源３０の周波数特性及びチャンバー１０４の容積に依存して発振部４８から一定の振幅の正弦波を印加したのではマイク２７ａ，２７ｂでの音圧は周波数依存性を有し、共鳴周波数ｆ1 及びｆ2 の検出精度を悪化させるため、予め本実施例の構成における音源３０の周波数特性を計測しておき、この計測値に従い周波数特性を平坦にするためＣＰＵ部４９は発振部４８への振幅信号を周波数に応じて可変させる機能を有する。マイク２７ｂからの音圧信号はアンプ６０、第１のフィルタ５３を通した後、加算器５５に伝達される。同様にマイク２７ａからの音圧信号はアンプ６０、第２のフィルタ５４を通した後、加算器５５に伝達される。加算器５５ではこれら２つの音圧信号を加算したのち、Ａ／Ｄ変換部５１によりＡ／Ｄ変換を行ない、演算部５０に伝達される。
【００４５】ＣＰＵ部４９は、チャンバー１０４の共鳴周波数ｆ1 及び管１８の共鳴周波数ｆ2 の近傍を掃引するよう発振部４８に指令を出力しながらアンプ５９からの信号と加算器５５からの信号とをそれぞれ第１入力（ｉｎ１）及び第２入力（ｉｎ２）とするＦＦＴ演算を行ない、これら２信号間の振幅伝達関数を求める。この振幅伝達関数に関し、低周波数から数えて２つのピーク周波数を求めこれを共鳴周波数ｆ1 ，ｆ2 として求める。チャンバー１０４の共鳴周波数がｆ1 、管１８の共鳴周波数がｆ2 となる。即ち、第１、第２のフィルタ５３，５４及びＣＰＵ部４９等により、マイク２７ａ，２７ｂの検出信号からヘルムホルツ共鳴周波数ｆ1 ，ｆ2 を検出するヘルムホルツ共鳴検出手段が構成されている。
【００４６】２つの共鳴周波数ｆ1 ，ｆ2 から予めデータマップ６６に蓄えておいた、データを参照し、チャンバー１０４の容積Ｖを求める。図２０はデータマップの一例であり、共鳴周波数ｆ1 と共鳴周波数ｆ2 との入力に対するチャンバー１０４の容積の出力を求めるマップである。このデータは、既知の体積の物体を用いた実験より作成してメモリに記憶させておく。マップは設定温度により複数用意してもよい。
【００４７】なお、（４）式における定数Ｋ及びαがほぼ定常的に一定でありさらに既知である場合は、２つの共鳴周波数ｆ1 ，ｆ2 及び予めキーボード６８より入力しメモリに記憶しておいた定数Ｋ及びαから、（４）式によりチャンバー１０４の容積Ｖを求めてもよい。
【００４８】また、本実施例ではチャンバー１０４の共鳴周波数ｆ1 及び管１８の共鳴周波数ｆ2 を求める手段として発振部４８の周波数を掃引することにより求めているが、同様の機能を得る手段として例えば、白色雑音を音源３０に印加してＦＦＴ演算を行ってもよいし、音源３０及びマイク２７ａ，２７ｂにより信号帰還ループを形成しチャンバー１０４の容積に依存するヘルムホルツ共鳴原理による自励発振を生じせしめ、この発振周波数を検出することによって求めてもよい。またマイク２７ａ，２７ｂを用いずに音源３０に信号帰還を施して自励発振を生じせしめてもよい。
【００４９】また、本実施例ではチャンバー１０４の共鳴周波数ｆ1 及び管１８の共鳴周波数ｆ2 をより高精度に検出するため、２つのマイク２７ａ，２７ｂを用いているが、それほど高精度を期待しない場合は、マイクは１つでもよい。
【００５０】また本実施例では共鳴周波数の検出に振幅の最大値を使用しているが、信号の位相特性を使用して共鳴周波数を求めてもよい。
【００５１】図２１は、上述の振幅伝達関数の一例を示している。円Ｆ内のピーク周波数はチャンバー１０４の共鳴周波数ｆ1 であり、円Ｇ内のピーク周波数は管１８の共鳴周波数ｆ2 である。
【００５２】これで、容積計測手順（１）が終了する。
【００５３】計測が終了したら制御手段５は、全てのチャンバー１０４において、バルブ吸引ユニット２ａを解除し、また押圧治具２１を解除して気密機構１９を収縮させ、次いで移動台１１及び計測ヘッド１２を上昇させ、装置原点に戻す。さらに、後述の位置決め手順（２）に従い、エンジンブロック９はコンベア１０によって恒温槽７の外へ流れて行く。
【００５４】なお、本実施例では、計測ヘッド１２を気筒数と同数個用意して１度に計測を行っているが１つの計測ヘッド１２で各気筒を順に計測してもよい。
【００５５】（チャンバー加工代計算）制御手段５は、計測部１により計測した各気筒のチャンバー１０４の容積値より所定の演算を行い、各気筒に関するスキッシュエリア１０５の加工量及びベアリングキャップ取付部１０６の加工量を決定する。ここでは加工部位及び加工のための手段の移動軌跡等は、各手段の動作時に制御手段５が演算して求めるため行わず、加工量のみを演算する。
【００５６】第１の加工部３及び第２の加工部４に対する加工量のデータを演算する手法に関して図１７のフローチャートを用いて説明する。
【００５７】前述の容積計測手順（１）により求められて制御手段５のメモリにＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の名前で保存されている４つのチャンバー１０４の容積を読出す（ステップ７１）。４つの容積Ｖ１〜Ｖ４の中から最大容積を計算し、Ｖｍａｘの名前でメモリに保存する（ステップ７２）。４つの容積Ｖ１〜Ｖ４とＶｍａｘとの偏差をおのおの計算してＸ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４の名前でメモリに保存する（ステップ７３）。制御手段５のデータマップから予め記憶されたチャンバー１０４の設計容積のデータＶｒｅｆをＣＰＵ部４９に読込む（ステップ７４）。次にＶｒｅｆとＶｍａｘとの偏差Ｙ１を計算し、Ｙ１の名前でメモリに保存する（ステップ７５）。これでチャンバー加工代の計算を終る。
【００５８】（チャンバー加工）図１において、エンジンブロック９は、コンベア１０によって第１の加工部３に流れて行き、後述の位置決め手順（１）に従い、第１の加工部３の下方に位置決めされる。ここで制御手段５からの信号に基づき第１の加工部３によりスキッシュエリア１０５を所定量加工する。
【００５９】本加工の手順を図１８のフローチャート、図６及び図１２を用いて説明する。
【００６０】図１２中エンジンブロック９は後述の位置決め手順（１）に従って第１の加工部３の下方に固定されたのち、制御手段５のメモリに記憶されている最大容積からの容積偏差量Ｘ１を読込む（ステップ７６）。次に、制御手段５は、Ｘ１の値から図１２におけるＸ軸駆動部３７ａ、Ｙ軸駆動部３７ｂ及びＺ軸駆動部３６の動作軌跡を演算し、チャンバー加工用カッター３５を回転させ対象のスキッシュエリア１０５を所定量切削加工する（ステップ７７，７８，７９）。切削加工する位置及び切削量はエンジンの形式により異なるため、試作を行い予めデータマップ内に記憶させておく。切削が終了したら制御手段５はＸ軸駆動部３７ａ、Ｙ軸駆動部３７ｂ及びＺ軸駆動部３６を所定の原点位置に復帰させ、チャンバー加工用カッター３５の回転を停止させる（ステップ７９）。残りの３つのチャンバー１０４に対しても最大容積からの容積偏差量Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４からＸ軸駆動部３７ａ、Ｙ軸駆動部３７ｂ及びＺ軸駆動部３６の動作軌跡を演算し同様の切削加工を行う（ステップ８０，８１，８２）。これら一連の切削加工により、１つのエンジンブロック９での各気筒間のチャンバー容積値のバラツキを抑え、全ての気筒の容積は前述のＶｍａｘに等しくなる。このあと、位置決め手順（２）に従い、エンジンブロック９は、コンベア１０によって第２の加工部４に流れて行く。これでチャンバー加工が終る。
【００６１】（ベアリングキャップ取付面加工）図１において、エンジンブロック９は、コンベア１０によって第２の加工部４に流れて行き、後述の位置決め手順（１）に従い、第２の加工部４の下方に位置決めされる。ここで制御手段５からの信号に基づき第２の加工部４によりベアリングキャップ取付部１０６を所定量加工する。
【００６２】本加工の手順を図１９のフローチャート、図６及び図１３を用いて説明する。
【００６３】図１３中エンジンブロック９は後述の位置決め手順（１）に従って第２の加工部４の下方に固定された後、制御手段５のメモリに記憶されている偏差Ｙ１の値を読込む（ステップ８３）。制御手段５は、Ｙ１の値から図１３におけるＸ軸駆動部４２ａ、Ｙ軸駆動部４２ｂ及びＺ軸駆動部４１の動作軌跡を演算しエンドミル４０を回転させ切削対象のベアリングキャップ取付部１０６を切削加工する（ステップ８４，８５，８６）。切削加工する位置はエンジンの形式により異なるが、本実施例では、図６のベアリングキャップ取付部１０６の位置であり、８箇所から１０箇所の加工が必要である。また切削加工する位置及び切削量はエンジンの形式により異なるため、試作を行い予めデータマップ６６内に記憶させておく。切削が終了したら制御手段５はＸ軸駆動部４２ａ、Ｙ軸駆動部４２ｂ及びＺ軸駆動部４１を所定の原点位置に復帰させ、エンドミル４０の回転を停止させる（ステップ８７，８８）。これらの切削加工を行なうことにより、全ての気筒のチャンバー１０４の容積は、所定の基準値（本実施例ではＶｒｅｆ）を中心とした許容範囲内に収まる。このあと、後述の位置決め手順（２）に従い、エンジンブロック９は、コンベア１０によって作業者Ａに流れて行く。
【００６４】本実施例のようにチャンバー１０４の容積を設計値（Ｖｒｅｆ）を中心とする許容誤差範囲内に収める手段として切削加工つまり容積を増大する手段のみを用いるためには、前工程までの（図１６中４７ｂまで）ベアリングキャップ取付部１０６に切削のための余裕をもたせておく必要がある。また、本実施例では加工対象がヘッド−シリンダ一体型エンジンブロックであるため、チャンバー加工工程においてＶｍａｘに統一された全気筒の容積値を設計値Ｖｒｅｆに修正するためにベアリングキャップ取付部１０６を切削するが、周知のシリンダヘッドとシリンダブロックが別に形成される従来のシリンダヘッドの加工に本実施例を適用するには、シリンダヘッドの高さ方向を修正する部位、例えばガスケットが挿入される部位であるシリンダヘッドとシリンダブロックとの接触面を切削加工すればよい。
【００６５】（バルブ、プラグの取り外し）再びエンジンブロック９はコンベア１０によって流れて行き、作業者Ａによってバルブ１０３及び点火プラグ１０２が取外され、後工程に流れて行く。この作業を本実施例では作業者Ａが行っているが、本作業は専用の機械を用いて行ってもよい。
【００６６】また第１の加工部３及び第２の加工部４の各加工が終了した時点で切削粉を落とし、位置決め精度を向上させるために洗浄が行われる。
【００６７】次いで、これまで説明を省略していた各部等にエンジンブロック９を位置決めするための位置決め手順（１）及び各部からエンジンブロック９を解放しコンベア１０で次の工程に運搬するための位置決め手順（２）に関して説明する。
【００６８】（位置決め手順（１））エンジンブロック９の移動及び位置決めの手順に関し図２〜図４を用いて説明するが、図１に示す、計測部１、第１の加工部３及び第２の加工部４に関しても同様の手順である。
【００６９】図２〜図４において、コンベア１０は一定の速度で図中左の方向（Ｄ矢印方向）に移動している。コンベア１０及びレールガイド１０１ａを介してレール１０ａの上には台車１０１が配置され、台車１０１はコンベア１０上にある爪１０ｃによってコンベア１０と一体となって移動する。台車１０１が位置決めセンサ１００の位置に移動してくると、位置決めセンサ１００がこれを検知し、検出信号を制御手段５に送る。ここで制御手段５は以下の一連の作業を位置決め機構１５に指令する。まず、位置決めセンサ１００が台車１０１を検出すると、コンベア１０を停止させる。このとき、台車１０１は毎回ほぼ一定位置に停止する。エンジンブロック９は台車１０１の上に載せられ、コンベア１０の下方に配置された位置決め機構１５によりロケートピン１５ａがエンジンブロック９のロケート穴１５ｂに挿入されることにより上昇するため、エンジンブロック９はコンベア１０及びレール１０ａから切放される。次に、上方から押圧し固定するクランプ機構１６により計測ヘッド１２と所定の相対位置関係が決定される。
【００７０】（位置決め手順（２））図３において、位置決め機構１５を下降させることにより、ロケートピン１５ａがロケート穴１５ｂから離れ、エンジンブロック９は台車１０１と一体となってコンベア１０の上に載せられる。さらに、位置決め機構１５が下降し初期位置に戻ると、制御手段５はコンベア１０を起動する指令を出力する。エンジンブロック９と一体となった台車１０１は再びコンベア１０により図中左の方向に移動する。
【００７１】以上が第１実施例の作用の説明であるが、本実施例のようにチャンバー１０４の容積を容積計測手順（１）のように求める代りに、次に述べる第２実施例により容積計測手順（２）のようにして求めることもできる。
【００７２】（チャンバー容積の計測手順（２））図２２R>２には、本発明の第２実施例を示す。
【００７３】以上説明してきたチャンバー１０４の容積の計測手順は図２２に示すような第２実施例によっても実現することができる。
【００７４】図２２は、第２実施例における制御手段５の構成を示している。図２２と図１４との構成上の差異をまず述べる。図２２において、点線Ｈで示す部分以外は図１４の構成と同一である。点線Ｈ内においてＣＰＵ部４９からの出力信号は点線Ｈ内のカウンター部６１への制御信号である。マイク２７ｂからの音圧信号はアンプ６０、第１のフィルター５３、第１のＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ ＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）回路６２を通った後、加算器５５に伝達される。同様にマイク２７ａからの音圧信号はアンプ６０、第２のフィルター５４、第２のＰＬＬ回路６３を通った後、加算器５５に伝達される。加算器５５でこれら２つの信号を加算したのち、アンプ５９に伝達されるため、信号の流れに関するループが形成される。また第１のＰＬＬ回路６２及び第２のＰＬＬ回路６３からの出力信号はおのおのカウンター部６１に伝達され２つの信号の共鳴周波数ｆ1 及びｆ2 が演算される。これら周波数信号はＣＰＵ部４９に伝達される。
【００７５】ここでＰＬＬ回路とは位相同期回路のことであり、第１のＰＬＬ回路６２は、予め前記（２）式で求められる管１８の共鳴周波数ｆ2 付近でロックするように設定される。同様に、第２のＰＬＬ回路６３は、予め前記（１）式で求められる共鳴周波数ｆ1 付近をロックするように設定される。２つの共鳴周波数ｆ1 ，ｆ2 から予めデータマップ６６に蓄えておいた、データを参照し、チャンバー１０４の容積Ｖを求める。データマップ６６としては、第１実施例と同様に図２０に示したものが用いられる。
【００７６】図２３及び図２４には、本発明の第３実施例を示す。
【００７７】本実施例は、音源を密閉用治具側に取付けたものである。
【００７８】密閉用治具１７と管１８の所定の部位には、マイク取付け穴２６が形成され、また密閉用治具１７には音源取付け穴２５が形成されている。そして密閉用治具１７側に音源が取付けられるようになっている。本構成は、前記図５（第１実施例）に対し、管１８に音源を配置するスペースがないエンジン機種に関し、本発明を適用することができる構成である。
【００７９】図２５及び図２６には、本発明の第４実施例を示す。この実施例は、完成車に適用したものである。点火プラグ穴１１２のねじ部に第２の管１８ａをねじ込み、さらに第１実施例等に示した管１８を挿入し、エンジン１１９の点火タイミングをタイミングライト１１８で計測できるように角度が刻まれているウォータプーリ１１４に同軸に配置された角度検出器１１３を組合わせ、完成車で前記第１実施例等と同様の計測ができるようにしたものである。なお、１２７はエンジンカバー、１１０は冷却水の通路であるウォータジャケット、１０８はピストン、１０９はピストンリング、１１１はカムである。
【００８０】まず角度検出器１１３をウォータープーリ１１４に同軸に装着しエンジン１１９を運転する。点火タイミング検出器１２０の点火パルス信号はコンピュータ１１５に取込まれる。そして作業者がタイミングライト１１８を用いてウォータープーリ１１４の刻印から現在の点火時期を読取りその数値をコンピュータ１１５に入力する。コンピュータは点火タイミング検出器１２０からの信号と作業者が入力した点火時期とから、点火時期０°すなわち第１気筒のピストン１０８が上死点に位置する時期を知ることができる。このタイミングをもって角度検出器１１３の連続パルス信号を０°として記憶する。この作業のあとは角度検出器１１３からの連続パルス信号により、エンジン１１９の第２から第４気筒の上死点を知ることができる。次にエンジン１１９を停止させ、十分に時間がたった後計測したい気筒の点火プラグ１０２を抜取り、第２の管１８ａの点火プラグ穴１１２のねじ部にねじ込みさらに管１８を第２の管１８ａの上部に挿入する。本構成において管を２つに分割したのは、管１８ａを点火プラグ穴１１２にねじ込む時に、マイク２７ｂ及び音源３０の信号ケーブルがねじれるのを防止するためである。また本構成ではマイクは１つ用いるが、取付スペースに余裕がある場合は、マイクは２つ用いてもよい。また、不図示のクランクシャフトを回転させ、各気筒を上死点に移動させる手段としてウォータプーリー１１４の中心穴に挿入するクランクハンドル１２６を用いる。
【００８１】本実施例の効果を簡単に説明する。車両のエンジン各部品は長時間の走行によりシリンダ、バルブシートの摩耗やチャンバー内部へのカーボンの付着等によりチャンバー容積が変化し、そのため新車時のエンジン性能に比べて性能が劣化することが多い。本実施例はこのような問題を解決することが可能である。即ち、本実施例は、主に自動車整備工場等で車両の点検時にエンジン１１９の各気筒のチャンバー容積を計測し、この計測値に基づいてエンジンの点火時期、燃料噴射タイミング等エンジン特性を最適になるように各気筒ごとに細かいチューニングを行うのに好適である。
【００８２】なお本実施例では、恒温槽を用いていないが、さらに高精度が必要であるときは車両を恒温槽に入れて計測してもよい。そして、本実施例では、（イ）車両性能の経時的低下が防止できる。（ロ）従来の空気圧の変化を計測する手法において完全な気密が不可能であるため精度を確保するのが困難であったが、本実施例では不十分な気密でも高精度に計測が可能であるという２つの特有の効果が得られる。
【００８３】図２７及び図２８には、本発明の第５実施例を示す。
【００８４】本実施例は、移動台１１の端部にマスター計測ヘッド１２２を配置し、さらにマスターチャンバー１２１を配置した構成としたものである。マスター計測ヘッド１２２は計測ヘッド１２と全く同一であり、マスターチャンバー１２１はチャンバー１０４と同一部材で形成され、形状は設計時の要求精度を管理された形状である。また、両者の位置は計測ヘッド１２をシリンダーボア１２３に挿入したときと同じに装着される。本実施例においては、マスター計測ヘッド及び計測ヘッド１２が同一の温度環境に配置されるために、恒温槽を用いなくても高精度に計測を行うことができるという効果を生じる。本実施例におけるチャンバー加工代計算のフローチャートを図２８に示す。Ｖ１からＶ４の容積計測と同様にマスターチャンバー１２１の容積Ｖ０を計測する（ステップ８９）。そして４つのチャンバー１０４の容積１〜Ｖ４の中から最大容積を計算し、Ｖmax の名前でメモリに保存する（ステップ７２）。容積Ｖmax に対するＶ１からＶ４の容積偏差Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４を計算する（ステップ７３）。そして、この実施例ではマスターチャンバー１２１の容積Ｖ０が設計容積ゆえに前記図１７のＶref に 当するので、Ｖ０とＶmaとの偏差をＹ１として、これをメモリに保存する（ステップ９０）。その他の計測加工などの手順は、第１実施例の場合と同様である。
【００８５】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば、エンジンブロックにおける各チャンバーの開口部を気密にする気密手段と、この気密手段で気密にされた各チャンバーの閉空間内に音圧を印加する音圧発生手段と、この音圧発生手段で印加された各チャンバー内の音圧を検出する音圧検出手段と、この音圧検出手段の検出信号からヘルムホルツ共鳴周波数を検出するヘルムホルツ共鳴検出手段と、このヘルムホルツ共鳴検出手段で検出されたヘルムホルツ共鳴周波数に基づいて各チャンバーの容積を演算し、所望の容積値との偏差量を求める偏差量演算手段と、この偏差量演算手段で求められた偏差量に従って各チャンバーを所要量切削する切削手段とを具備させたため、シリンダヘッド一体型のエンジンブロックでも全てのチャンバーの容積計測が可能となり、さらには気密が不完全でも全てのチャンバーの容積を高い精度で計測することができる。そしてこの計測結果得た所望の容積値との偏差量に基づいて各チャンバーを所定値に加工することができる。したがって各気筒間偏差を高精度に吸収することが可能となってエンジン性能を顕著に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエンジンブロック加工装置の第１実施例における装置全体のレイアウトを示す図である。
【図２】図１における計測部の構成を示す図である。
【図３】図２の計測部に対するエンジンブロックの位置決め機構を示す図である。
【図４】図３の上面図である。
【図５】図２の計測部における計測ヘッドを詳細に示す斜視図である。
【図６】図５の計測ヘッドがシリンダーボアに挿入された状態を示す図である。
【図７】図５の計測ヘッドにおけるヘルムホルツ共鳴器の上面図である。
【図８】図７のヘルムホルツ共鳴器の側面断面図である。
【図９】図７のヘルムホルツ共鳴器におけるマイク取付け部を拡大して示す図である。
【図１０】図７のヘルムホルツ共鳴器における音源取付け部を拡大して示す図である。
【図１１】図３の位置決め機構におけるバルブ吸引ユニットの構成を示す図である。
【図１２】図１中の第１の加工部の構成を示す図である。
【図１３】図１中の第２の加工部の構成を示す図である。
【図１４】図１中の制御手段の構成を示すブロック図である。
【図１５】ヘルムホルツ共鳴器の動作原理を説明するための図である。
【図１６】エンジンブロックの製造工程を示すフローチャートである。
【図１７】チャンバーの加工量を演算する手法のフローチャートである。
【図１８】第１の加工部の動作を制御するための制御フローチャートである。
【図１９】第２の加工部の動作を制御するための制御フローチャートである。
【図２０】図１４中のデータマップにおいてヘルムホルツ共鳴周波数に基づいてチャンバーの容積を求めるマップ内容の一例を示す図である。
【図２１】図１４の制御手段において求められる２つの共鳴周波数を求めるための振幅伝達関数の一例を示す図である。
【図２２】本発明の第２実施例における制御手段を示すブロック図である。
【図２３】本発明の第３実施例におけるヘルムホルツ共鳴器の上面図である。
【図２４】図２３の側面断面図である。
【図２５】本発明の第４実施例における要部縦断面図である。
【図２６】第４実施例における計測制御系を示す系統図である。
【図２７】本発明の第５実施例における計測部の構成を示す図である。
【図２８】第５実施例においてチャンバーの加工量を演算する手法のフローチャートである。
【符号の説明】
１ 計測部
３ 第１の加工部
４ 第１の加工部とともに切削手段を構成する第２の加工部
９ エンジンブロック
１９ 気密機構（気密手段）
２７ａ，２７ｂ マイク（音圧検出手段）
３０ 音源（音圧発生手段）
４９ 第１、第２のフィルタとともにヘルムホルツ共鳴検出手段を構成するＣＰＵ部
５０ 演算部（偏差量演算手段）
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エンジンブロックの燃焼室容積（ピストンが上死点時の容積を以下チャンバー容積という）を計測し所望の容積値との偏差量に基づいて修正加工することにより各チャンバー容積を精度よく所定値に加工することが可能なエンジンブロック加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンブロックにおけるチャンバー容積は、圧縮比等エンジンの性能に直接関連する重要な精度管理項目である。従来、このチャンバー容積に関する精度管理は、エンジンブロックをボーリング加工によりシリンダ内径を決定した後、抜取り検査において燃焼室内部に水等の液体を注入し、この注入量の値に基づいて切削機械及びエンジンブロック鋳造型の調整を行っていた。しかし、抜取り検査では部品の個体寸法ばらつきによりチャンバー容積の精度管理が不十分であり、また検査のための時間がかかり全数検査等の検査数を増やすことが困難である。さらに、ボーリング加工精度に依存する各気筒間のチャンバー容積偏差は、ベアリングキャップ取付け面等の位置を調整しても吸収することが困難である。これは、個体偏差は平均値を調整しても低減できないことによる。
【０００３】一方、チャンバー容積の計測に関し、ポリゴン型の回転鏡を用いてレーザビームを測定対象物の上に走査し、その反射光を測定部で読取って測定対象物の面形状を三次元的に計測し、その面形状データから演算により測定対象物の容積を求めるようにしたレーザ式容積測定装置が知られている。しかし、このようなレーザ方式のものは、シリンダヘッド一体型のエンジンブロックでは、チャンバーの奥深い個所からの反射光の読取りが難しくなることと、これに加えて計測ヘッドが大型であることからそのチャンバー容積の計測は困難である。計測ヘッドの小型化は計測精度を劣化させることになるので難しい。また、レーザ方式のものは、極めて高価であり、加工装置に全数組込むのは、コストがかかり過ぎることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のボーリング加工後、抜取り検査を行い、その検査結果に基づいて切削機械等の調整を行うようにしたものでは、部品の個体寸法のばらつきによりチャンバー容積の精度管理が不十分であり、また、ボーリング加工精度に依存する各気筒間のチャンバー容積偏差は、ベアリングキャップ取付け面等の位置を調整しても吸収することが困難であるという問題があった。
【０００５】また、チャンバー容積の計測に関してレーザ方式のものでは、シリンダヘッド一体型のエンジンブロックにおけるチャンバー容積の計測は困難であるという問題があった。
【０００６】そこで、本発明は、シリンダヘッド一体型のエンジンブロックでも全てのチャンバー容積を高い精度で計測することができ、この計測結果得た所望の容積値との偏差量に基づいて各チャンバーを所定値に加工することが可能なエンジンブロック加工装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決するために、それぞれ開口された少なくとも２つのチャンバーを有するエンジンブロックにおける当該チャンバーの容積を所定値に加工するエンジンブロック加工装置であって、前記各チャンバーの開口部を気密にする気密手段と、該気密手段で気密にされた前記各チャンバーの閉空間内に音圧を印加する音圧発生手段と、該音圧発生手段で印加された前記各チャンバー内の音圧を検出する音圧検出手段と、該音圧検出手段の検出信号からヘルムホルツ共鳴周波数を検出するヘルムホルツ共鳴検出手段と、該ヘルムホルツ共鳴検出手段で検出されたヘルムホルツ共鳴周波数に基づいて前記各チャンバーの容積を演算し、所望の容積値との偏差量を求める偏差量演算手段と、該偏差量演算手段で求められた偏差量に従って前記各チャンバーを所要量切削する切削手段とを有することを要旨とする。
【０００８】
【作用】上記構成において、チャンバー容積の計測に、閉空間内に印加した音圧を検出するという手法に基づくヘルムホルツ共鳴法を用いているため、シリンダヘッド一体型のエンジンブロックでも全てのチャンバーの容積計測が可能となり、さらには気密が不完全でも全てのチャンバーの容積を高い精度で計測することが可能となる。そして、この計測結果得た所望の容積値との偏差量に基づいて各チャンバーが所定値に加工される。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【００１０】この実施例は、シリンダヘッド一体型のエンジンブロックの加工に適用されている。
【００１１】図１ないし図２１は、本発明の第１実施例を示す図である。
【００１２】まず、図１を用いて装置全体のレイアウトから説明する。
【００１３】コンベア１０によりエンジンブロック９が後述の台車を介して図中Ｄ矢印の方向に一定の速度で移動されるようになっている。エンジンブロック９の流れの上流側から順に、作業者Ｂ、恒温槽７、切削手段としての第１の加工部３及び第２の加工部４、作業者Ａが配置されている。恒温槽７は所定の区間７ａを有し、エンジンブロック９をより長時間恒温槽７内にとどめてエンジンブロック９を恒温槽７の温度と同一にする機能を有している。恒温槽７は、温度管理部６によって所定の温度に温度管理されている。また、恒温槽７の内部には、計測部１とバルブ吸引部２がある。上述の計測部１、バルブ吸引部２、第１の加工部３、第２の加工部４、温度管理部６、コンベア１０の各部は制御手段５によって制御されている。
【００１４】図２、図３及び図４は、図１中の計測部１の構造を示している。図３は計測部１でのエンジンブロック位置決め機構の詳細図、図４は図３の上面図である。
【００１５】図２において、計測ヘッド１２は、移動台１１に固定されており、上下方向駆動部１３により上下方向に移動可能になっている。図３に示すように、エンジンブロック９は台車１０１の上に載置され、この台車１０１はコンベア１０に付いている爪１０ｃによってコンベア１０と共にＤ矢印方向へ移動する。このとき、台車１０１は、レール１０ａに沿ってほぼ一定の軌道を動くようにレールガイド１０１ａが付いている。レール１０ａは、支柱１０ｂで支えられている。エンジンブロック９は、コンベア１０の下方に配置されている位置決め機構１５のロケートピン１５ａがエンジンブロック９のロケート穴１５ｂに挿入されて上昇し、上方から押圧し固定するクランプ機構１６により計測ヘッド１２と所定の相対位置に位置されるようになっている。エンジンブロック９の下方には気筒の数（本実施例では４気筒）に対応して配置されるバルブ１０３を吸引するためのバルブ吸引ユニット２ａが配置されている。バルブ吸引ユニット２ａ、位置決め機構１５及びロケートピン１５ａは一体的になっており、これら全体でバルブ吸引部２が構成されている。なお、位置決め機構１５によるエンジンブロック９の上昇のタイミングは位置決めセンサ１００により決定される。図４に示すように、バルブ吸引部２とコンベア１０、レール１０ａ及び支柱１０ｂとは、バルブ吸引部２が上昇したとき、互いに干渉しないような配置になっている。
【００１６】図５は、図２中の計測ヘッド１２の詳細図である。シャフト２０を介して移動台１１と固定される密閉用治具１７の略中心部には、管１８が密閉用治具１７を貫通して配設され、また密閉用治具１７の外周部には気密手段となるゴムチューブによる気密機構１９が配設されている。管１８の先端部には、周囲の気流による計測精度の悪化を防止するため、防風機構１０７が形成されている。気密機構１９を上部から押え、気密機構１９の形状を所定の形状に制限するための押圧治具２１には、シャフト２０を滑らかにスライドさせるためのガイド２２が配設され、また押圧治具２１と移動台１１との間には、押圧治具２１を上下に移動させるための空圧式の押圧治具駆動機構２３が配設されている。気密機構１９には、エアー供給管２４が接続されている。密閉用治具１７及び管１８にはそれぞれ音圧検出手段となるマイク２７ａ，２７ｂが配設され、管１８には音圧発生手段となる後述の音源が配設されている。
【００１７】図６は計測ヘッド１２がシリンダボア１２３に挿入された状態を示している。１０３はバルブ、１２４はバルブガイド、１２５はバルブシート、１０５はスキッシュエリア、１０６はベアリングキャップ取付部、１０２は点火プラグ、１０４はチャンバーである。
【００１８】図７及び図８は、図５中の密閉用治具１７と管１８とから構成されるヘルムホルツ共鳴器の上面図及び側面断面図である。密閉用治具１７及び管の所定の位置にはそれぞれマイク取付け穴２６が形成され、マイク２７ａ，２７ｂがそれぞれ挿入され固定されている。また管１８の側面には、音源取付け穴２５が形成され、音源３０が挿入され固定されている。音源３０としては、イヤホンタイプの小型のものが用いられている。
【００１９】図９は、図７及び図８中のマイク取付け部の拡大図である。密閉用治具１７のマイク取付け穴２６とマイク２７ａとの間には、シリコンゴムの防振材２８ａが圧入され、マイク取付け治具２９により固定されている。管１８のマイク取付け穴２６部の構造もこれとほぼ同じである。
【００２０】図１０は、図７及び図８中の音源取付け部の拡大図である。音源３０と音源取付け穴２５との間に、シリコンゴムの防振材２８ｂが挿入され、音源取付け治具３１により密閉用治具１７に固定されている。３０ａは音源信号線である。
【００２１】図１１は、図３中のバルブ吸引ユニット２ａの詳細図である。コンベア１０の下方に、エンジンのバルブ数と同じ、所定数の、バルブ吸引機構３２が配設されている。本実施例のエンジンブロック９では１つの気筒あたり４つのバルブがあるためバルブ吸引機構３２は、バルブ吸引ユニット２ａの１つ当り４つ配置されている。バルブ吸引機構３２は、図１において作業者Ｂが取付けたバルブ１０３の端部を、空圧により開閉が可能なチャック機構３３により挟み、同じく空圧により図中Ｅ矢印方向に吸引可能な引張り機構３４によりバルブ１０３を引張るようになっている。なお点火プラグ１０２は図１中作業者Ｂによりエンジンブロック６に配置される。
【００２２】図１２は、図１中の第１の加工部３の構成を示している。図中上方の加工のための手段は、スキッシュエリア１０５を切削加工するチャンバー加工用カッター３５、このチャンバー加工用カッター３５を移動するためのボールねじ式のＸ軸方向駆動部３７ａ、Ｚ軸方向駆動部３６及びＺ軸方向駆動部３６の背面に配設されたＹ軸方向駆動部３７ｂで構成されている。また図中下方の台車１０１の上に置かれたエンジンブロック９の位置決めのための手段は、図３、図４に示した計測部１での位置決めのための手段と同様である。ただし、ここでの位置決めのための手段では、バルブ吸引ユニット２ａは必要ないので構成には含まれない。
【００２３】図１３は、図１中の第２の加工部４の構成を示している。図中上方の加工のための手段は、ベアリングキャップ取付面１０６を切削加工するエンドミル４０、エンドミル４０を移動するためのボールねじ式のＸ軸方向駆動部４２ａ、Ｙ軸方向駆動部４２ｂ及びＺ軸方向駆動部４１で構成されている。図中下方の台車１０１の上に置かれたエンジンブロック９の位置決めのための手段は、図１２の場合と同じである。
【００２４】図１４は、図１中の制御手段５の構成を示している。ＣＰＵ部４９からの出力信号としては、発振部４８への発振ＯＮ／ＯＦＦ及び周波数、振幅の信号、計測結果を取込むＡ／Ｄ変換部５１へのトリガ信号、チャンバー１０４の容積を演算し所望の容積値との偏差量を求める偏差量演算手段としての演算部５０への演算開始信号、各部を制御する制御部５２への指令信号がある。またＣＰＵ部４９にはさらに、各手段の動作状況を表示するための表示器６５エンジン各機種ごとに基準となるチャンバー１０４の容積値、共鳴周波数から容積を求めるデータ、容積値から切削量及び部位を決定するためのデータ等を蓄えておくデータマップ６６、メモリ６７、キーボード６８が接続されている。制御部５２には、計測部１、バルブ吸引部２、第１の加工部３、第２の加工部４、温度管理部６、コンベア１０の各部が接続されている。アンプ５９は、発振部４８の発振信号を増幅して音源３０を駆動する駆動用アンプである。アンプ６０は、マイク２７ａ，２７ｂの信号を増幅するためのプリアンプである。２つのアンプ６０の信号は所定の帯域幅を有する第１のフィルタ５３、第２のフィルタ５４にそれぞれ入力され、２つの信号を加算する加算器５５を経てＡ／Ｄ変換部５１に入力されている。
【００２５】次に、上述のように構成されたエンジンブロック加工装置の動作を順に説明する。
【００２６】（原理）まず、図１５を用いて、本実施例におけるチャンバー容積を計測するためのヘルムホルツ共鳴器の動作原理を説明する。
【００２７】空洞４５に音響管４６（図５の管１８に相当）が接続されている。空洞４５の容積をＶ、音響管４６の長さをｌ、音響管４６の内部断面積をＳ、音速をｃとすると空洞４５によるヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数ｆ1 は ｆ1 ＝（ｃ／２π）・（Ｓ／ｌＶ）1/2 （１）
で与えられる。
【００２８】一方、音響管４６によるヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数ｆ2は、 ｆ2 ＝ｃ／２ｌ 及びその整数倍の周波数 （２）
で与えられる。以下においては、１次の共振周波数ｆ2 を用いるものとして説明する。1 ，ｆ2 はともに音速ｃに依存するため、温度によって変化するが、（１），（２）式の比をとることによりｃを消去すると
但しＫ＝ｌＳ／π2 となり、音速ｃの変化の影響を受けずに、即ち温度の変化に依存しないで空洞４５の容積Ｖを知ることができる。
【００２９】ここでエンジンブロック９のチャンバー１０４の容積をＶとすると、２つの共鳴周波数ｆ1 ，ｆ2 を求めれば、（３）式を用いてチャンバー１０４の容積Ｖを求めることができる。しかし（３）式は、理想化された条件下で理論的に導き出されたもので、実際にこの式に従って容積を求めた場合、精度で不足する。そこで例えば（３）式に補正項を加えた Ｖ＝Ｋ（ｆ2 ／ｆ1 ）2 ＋α （４）
のような式を用いて、ｆ1 ，ｆ2 から容積Ｖを求める。ここで、（４）式の定数Ｋ及び補正項αは、既知の容積の物体を用いた校正により実験的に定め、予め図１４のデータマップ６６へ入力しておく。
【００３０】（全体の手順）図１６の製造工程フローを用いてエンジンブロック製造ラインにおける製造工程を説明する。
【００３１】本実施例のシリンダヘッドとシリンダが一体に形成されるエンジンブロック９はおおむね、図１６における、鋳造工程（４７ａ）、機械加工工程（４７ｂ）、修正加工工程（４７ｃ）、仕上げ加工工程（４７ｄ）の４工程を経て、次工程である組立工程へ送られる。
【００３２】鋳造工程（４７ａ）はエンジンブロック９を鋳造する工程である。
【００３３】機械加工工程（４７ｂ）は鋳造工程を終了したエンジンブロック９の上面、下面、シリンダボア、バルブガイド、バルブシートを切削加工し、またバルブガイド、バルブシートを圧入する工程である。
【００３４】修正加工工程（４７ｃ）は本実施例に示すように、鋳造工程（４７ａ）での鋳造型の精度不十分、機械加工工程（４７ｂ）での加工精度不十分等の要因によりチャンバー１０４の容積が所定の設計誤差範囲におさまらない場合、チャンバー１０４内部のスキッシュエリア１０５及びベアリングキャップ取付部１０６を追加工（修正加工）することによりチャンバー１０４の容積を所定の設計誤差範囲内におさめるように修正する工程である。
【００３５】仕上げ加工工程（４７ｄ）は次工程である組立に必要な所定の部材を全てエンジンブロック９に取付けるための仕上げ加工を行う工程である。
【００３６】本実施例では以上の４工程のうち修正加工工程（４７ｃ）以外は従来のエンジンブロック製造工程と同一であるので説明を省略し、以下、修正加工工程（４７ｃ）に関し説明する。
【００３７】図１６中、修正加工工程（４７ｃ）に記載される手順が図１に示した各手段により実現される。以下、図１を用いて本実施例の修正加工工程（４７ｃ）の内容を説明する。
【００３８】（バルブ、プラグの取付け）機械加工工程（４７ｂ）を終えたエンジンブロック９が、前工程からコンベア１０により流れて来る。作業者Ｂは、エンジンブロック９のチャンバー１０４を密閉するための点火プラグ１０２及びバルブ１０３を取付ける作業を行う。本実施例では作業者Ｂが行っているが、本作業は専用の機械を用いて行ってもよい。また、後の工程でエンジンブロック９を切削するため、これら点火プラグ１０２及びバルブ１０３は実物ではなく同様形状の代用品を用いてもよい。
【００３９】（燃焼室ボリューム（容積）測定）エンジンブロック９は、温度管理部６により所定の温度に保たれた恒温槽７の内部を、コンベア１０によってＤ矢印の方向へ移動する。所定の区間７ａをエンジンブロック９が通過する間に、エンジンブロック９の温度が恒温槽７内の温度と等しくなるよう所定の区間７ａの長さを予め設定する。エンジンブロック９が計測部１の位置に流れてきたら、まず後述の位置決め手順（１）により、エンジンブロック９を計測部１の下方に位置決めする。
【００４０】次にエンジンブロック９は、計測部１により各気筒のチャンバー１０４の容積が計測される。この計測部１によるチャンバー１０４の容積の計測方法を図３R>３を用いて説明する。前述のようにエンジンブロック９を位置決めした後、バルブ吸引ユニット２ａによりチャンバー１０４の下部の穴を密閉する。なお点火プラグ穴は作業者Ｂにより点火プラグ１０２で予め密閉されている。
【００４１】ここで、図１１を用いて、バルブ吸引ユニット２ａの動作手順を説明する。空圧駆動のチャック機構３３でバルブ１０３を掴み、空圧駆動の引張り機構３４でバルブ１０３をＥ矢印方向に引張る。制御手段５の指令により、上下方向駆動部１３により計測ヘッド１２を所定の移動量だけシリンダボア１２３内に下降させる。この移動量を制御手段５が知るには、計測ヘッド１２とエンジンブロック９との相対位置が予め既知でなければならず、次のように決定される。
【００４２】本実施例の計測部１、第１の加工部２、第２の加工部３の原点位置とロケートピン１５ａとの相対位置は予め装置の設計上既知である。またエンジンブロック９の加工は全てロケート穴１５ｂの最奥面の位置を基準に行われているため、エンジンブロック９の全ての加工部の座標はロケート穴１５ｂからの相対座標で全て既知である。従って計測ヘッド１２とエンジンブロック９との相対位置のずれはロケートピン１５ａとロケート穴１５ｂとの相対位置に依存することになり、通常この相対位置ずれは極微小であるため無視できる。従って、計測ヘッド１２の移動量を制御手段５が知ることができる。
【００４３】以降の手順を図５、図６を用いて説明する。密閉用治具１７の下面が、前述の手順で既知である上死点または基準位置に降下したところで停止させる。ここで全ての（本実施例では４つ）計測ヘッド１２においてエアー供給源（図示せず）からエアー供給管２４を経て気密機構１９にエアーを送り、気密機構１９を膨張させる。さらに空圧駆動の押圧治具駆動機構２３により押圧治具２１を降下させ、気密機構１９を上方より押えることにより、チャンバー１０４を完全に密閉する。このあと、制御手段５により全てのチャンバー１０４の容積を計算し求める。この手順を、次の容積計測手順（１）により説明する。
【００４４】（容積計測手順（１））チャンバー１０４の容積の計測手順を図１４を用いて具体的に説明する。チャンバー１０４の密閉が完了すると、ＣＰＵ部４９の信号により、発振部４８の発振信号がアンプ５９を介し音源３０に伝達され音源３０が振動する。このときの管１８内及びチャンバー１０４の音圧をマイク２７ａ，２７ｂで検出する。ここで、管１８に取付けられたマイク２７ｂでは主に管１８内の音圧を検出するため、第１のフィルタ５３の特性は、予め前記（２）式で求められる音響管の共鳴周波数ｆ2 付近を通過域とするバンドパスフィルタ特性とする。同様に、密閉用治具１７に取付けられたマイク２７ａでは主にチャンバー１０４の音圧を検出するため、第２のフィルタ５４の特性は、予め前記（１）式で求められる共鳴周波数ｆ1 付近を通過域とするバンドパスフィルタ特性とする。また、音源３０の周波数特性及びチャンバー１０４の容積に依存して発振部４８から一定の振幅の正弦波を印加したのではマイク２７ａ，２７ｂでの音圧は周波数依存性を有し、共鳴周波数ｆ1 及びｆ2 の検出精度を悪化させるため、予め本実施例の構成における音源３０の周波数特性を計測しておき、この計測値に従い周波数特性を平坦にするためＣＰＵ部４９は発振部４８への振幅信号を周波数に応じて可変させる機能を有する。マイク２７ｂからの音圧信号はアンプ６０、第１のフィルタ５３を通した後、加算器５５に伝達される。同様にマイク２７ａからの音圧信号はアンプ６０、第２のフィルタ５４を通した後、加算器５５に伝達される。加算器５５ではこれら２つの音圧信号を加算したのち、Ａ／Ｄ変換部５１によりＡ／Ｄ変換を行ない、演算部５０に伝達される。
【００４５】ＣＰＵ部４９は、チャンバー１０４の共鳴周波数ｆ1 及び管１８の共鳴周波数ｆ2 の近傍を掃引するよう発振部４８に指令を出力しながらアンプ５９からの信号と加算器５５からの信号とをそれぞれ第１入力（ｉｎ１）及び第２入力（ｉｎ２）とするＦＦＴ演算を行ない、これら２信号間の振幅伝達関数を求める。この振幅伝達関数に関し、低周波数から数えて２つのピーク周波数を求めこれを共鳴周波数ｆ1 ，ｆ2 として求める。チャンバー１０４の共鳴周波数がｆ1 、管１８の共鳴周波数がｆ2 となる。即ち、第１、第２のフィルタ５３，５４及びＣＰＵ部４９等により、マイク２７ａ，２７ｂの検出信号からヘルムホルツ共鳴周波数ｆ1 ，ｆ2 を検出するヘルムホルツ共鳴検出手段が構成されている。
【００４６】２つの共鳴周波数ｆ1 ，ｆ2 から予めデータマップ６６に蓄えておいた、データを参照し、チャンバー１０４の容積Ｖを求める。図２０はデータマップの一例であり、共鳴周波数ｆ1 と共鳴周波数ｆ2 との入力に対するチャンバー１０４の容積の出力を求めるマップである。このデータは、既知の体積の物体を用いた実験より作成してメモリに記憶させておく。マップは設定温度により複数用意してもよい。
【００４７】なお、（４）式における定数Ｋ及びαがほぼ定常的に一定でありさらに既知である場合は、２つの共鳴周波数ｆ1 ，ｆ2 及び予めキーボード６８より入力しメモリに記憶しておいた定数Ｋ及びαから、（４）式によりチャンバー１０４の容積Ｖを求めてもよい。
【００４８】また、本実施例ではチャンバー１０４の共鳴周波数ｆ1 及び管１８の共鳴周波数ｆ2 を求める手段として発振部４８の周波数を掃引することにより求めているが、同様の機能を得る手段として例えば、白色雑音を音源３０に印加してＦＦＴ演算を行ってもよいし、音源３０及びマイク２７ａ，２７ｂにより信号帰還ループを形成しチャンバー１０４の容積に依存するヘルムホルツ共鳴原理による自励発振を生じせしめ、この発振周波数を検出することによって求めてもよい。またマイク２７ａ，２７ｂを用いずに音源３０に信号帰還を施して自励発振を生じせしめてもよい。
【００４９】また、本実施例ではチャンバー１０４の共鳴周波数ｆ1 及び管１８の共鳴周波数ｆ2 をより高精度に検出するため、２つのマイク２７ａ，２７ｂを用いているが、それほど高精度を期待しない場合は、マイクは１つでもよい。
【００５０】また本実施例では共鳴周波数の検出に振幅の最大値を使用しているが、信号の位相特性を使用して共鳴周波数を求めてもよい。
【００５１】図２１は、上述の振幅伝達関数の一例を示している。円Ｆ内のピーク周波数はチャンバー１０４の共鳴周波数ｆ1 であり、円Ｇ内のピーク周波数は管１８の共鳴周波数ｆ2 である。
【００５２】これで、容積計測手順（１）が終了する。
【００５３】計測が終了したら制御手段５は、全てのチャンバー１０４において、バルブ吸引ユニット２ａを解除し、また押圧治具２１を解除して気密機構１９を収縮させ、次いで移動台１１及び計測ヘッド１２を上昇させ、装置原点に戻す。さらに、後述の位置決め手順（２）に従い、エンジンブロック９はコンベア１０によって恒温槽７の外へ流れて行く。
【００５４】なお、本実施例では、計測ヘッド１２を気筒数と同数個用意して１度に計測を行っているが１つの計測ヘッド１２で各気筒を順に計測してもよい。
【００５５】（チャンバー加工代計算）制御手段５は、計測部１により計測した各気筒のチャンバー１０４の容積値より所定の演算を行い、各気筒に関するスキッシュエリア１０５の加工量及びベアリングキャップ取付部１０６の加工量を決定する。ここでは加工部位及び加工のための手段の移動軌跡等は、各手段の動作時に制御手段５が演算して求めるため行わず、加工量のみを演算する。
【００５６】第１の加工部３及び第２の加工部４に対する加工量のデータを演算する手法に関して図１７のフローチャートを用いて説明する。
【００５７】前述の容積計測手順（１）により求められて制御手段５のメモリにＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の名前で保存されている４つのチャンバー１０４の容積を読出す（ステップ７１）。４つの容積Ｖ１〜Ｖ４の中から最大容積を計算し、Ｖｍａｘの名前でメモリに保存する（ステップ７２）。４つの容積Ｖ１〜Ｖ４とＶｍａｘとの偏差をおのおの計算してＸ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４の名前でメモリに保存する（ステップ７３）。制御手段５のデータマップから予め記憶されたチャンバー１０４の設計容積のデータＶｒｅｆをＣＰＵ部４９に読込む（ステップ７４）。次にＶｒｅｆとＶｍａｘとの偏差Ｙ１を計算し、Ｙ１の名前でメモリに保存する（ステップ７５）。これでチャンバー加工代の計算を終る。
【００５８】（チャンバー加工）図１において、エンジンブロック９は、コンベア１０によって第１の加工部３に流れて行き、後述の位置決め手順（１）に従い、第１の加工部３の下方に位置決めされる。ここで制御手段５からの信号に基づき第１の加工部３によりスキッシュエリア１０５を所定量加工する。
【００５９】本加工の手順を図１８のフローチャート、図６及び図１２を用いて説明する。
【００６０】図１２中エンジンブロック９は後述の位置決め手順（１）に従って第１の加工部３の下方に固定されたのち、制御手段５のメモリに記憶されている最大容積からの容積偏差量Ｘ１を読込む（ステップ７６）。次に、制御手段５は、Ｘ１の値から図１２におけるＸ軸駆動部３７ａ、Ｙ軸駆動部３７ｂ及びＺ軸駆動部３６の動作軌跡を演算し、チャンバー加工用カッター３５を回転させ対象のスキッシュエリア１０５を所定量切削加工する（ステップ７７，７８，７９）。切削加工する位置及び切削量はエンジンの形式により異なるため、試作を行い予めデータマップ内に記憶させておく。切削が終了したら制御手段５はＸ軸駆動部３７ａ、Ｙ軸駆動部３７ｂ及びＺ軸駆動部３６を所定の原点位置に復帰させ、チャンバー加工用カッター３５の回転を停止させる（ステップ７９）。残りの３つのチャンバー１０４に対しても最大容積からの容積偏差量Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４からＸ軸駆動部３７ａ、Ｙ軸駆動部３７ｂ及びＺ軸駆動部３６の動作軌跡を演算し同様の切削加工を行う（ステップ８０，８１，８２）。これら一連の切削加工により、１つのエンジンブロック９での各気筒間のチャンバー容積値のバラツキを抑え、全ての気筒の容積は前述のＶｍａｘに等しくなる。このあと、位置決め手順（２）に従い、エンジンブロック９は、コンベア１０によって第２の加工部４に流れて行く。これでチャンバー加工が終る。
【００６１】（ベアリングキャップ取付面加工）図１において、エンジンブロック９は、コンベア１０によって第２の加工部４に流れて行き、後述の位置決め手順（１）に従い、第２の加工部４の下方に位置決めされる。ここで制御手段５からの信号に基づき第２の加工部４によりベアリングキャップ取付部１０６を所定量加工する。
【００６２】本加工の手順を図１９のフローチャート、図６及び図１３を用いて説明する。
【００６３】図１３中エンジンブロック９は後述の位置決め手順（１）に従って第２の加工部４の下方に固定された後、制御手段５のメモリに記憶されている偏差Ｙ１の値を読込む（ステップ８３）。制御手段５は、Ｙ１の値から図１３におけるＸ軸駆動部４２ａ、Ｙ軸駆動部４２ｂ及びＺ軸駆動部４１の動作軌跡を演算しエンドミル４０を回転させ切削対象のベアリングキャップ取付部１０６を切削加工する（ステップ８４，８５，８６）。切削加工する位置はエンジンの形式により異なるが、本実施例では、図６のベアリングキャップ取付部１０６の位置であり、８箇所から１０箇所の加工が必要である。また切削加工する位置及び切削量はエンジンの形式により異なるため、試作を行い予めデータマップ６６内に記憶させておく。切削が終了したら制御手段５はＸ軸駆動部４２ａ、Ｙ軸駆動部４２ｂ及びＺ軸駆動部４１を所定の原点位置に復帰させ、エンドミル４０の回転を停止させる（ステップ８７，８８）。これらの切削加工を行なうことにより、全ての気筒のチャンバー１０４の容積は、所定の基準値（本実施例ではＶｒｅｆ）を中心とした許容範囲内に収まる。このあと、後述の位置決め手順（２）に従い、エンジンブロック９は、コンベア１０によって作業者Ａに流れて行く。
【００６４】本実施例のようにチャンバー１０４の容積を設計値（Ｖｒｅｆ）を中心とする許容誤差範囲内に収める手段として切削加工つまり容積を増大する手段のみを用いるためには、前工程までの（図１６中４７ｂまで）ベアリングキャップ取付部１０６に切削のための余裕をもたせておく必要がある。また、本実施例では加工対象がヘッド−シリンダ一体型エンジンブロックであるため、チャンバー加工工程においてＶｍａｘに統一された全気筒の容積値を設計値Ｖｒｅｆに修正するためにベアリングキャップ取付部１０６を切削するが、周知のシリンダヘッドとシリンダブロックが別に形成される従来のシリンダヘッドの加工に本実施例を適用するには、シリンダヘッドの高さ方向を修正する部位、例えばガスケットが挿入される部位であるシリンダヘッドとシリンダブロックとの接触面を切削加工すればよい。
【００６５】（バルブ、プラグの取り外し）再びエンジンブロック９はコンベア１０によって流れて行き、作業者Ａによってバルブ１０３及び点火プラグ１０２が取外され、後工程に流れて行く。この作業を本実施例では作業者Ａが行っているが、本作業は専用の機械を用いて行ってもよい。
【００６６】また第１の加工部３及び第２の加工部４の各加工が終了した時点で切削粉を落とし、位置決め精度を向上させるために洗浄が行われる。
【００６７】次いで、これまで説明を省略していた各部等にエンジンブロック９を位置決めするための位置決め手順（１）及び各部からエンジンブロック９を解放しコンベア１０で次の工程に運搬するための位置決め手順（２）に関して説明する。
【００６８】（位置決め手順（１））エンジンブロック９の移動及び位置決めの手順に関し図２〜図４を用いて説明するが、図１に示す、計測部１、第１の加工部３及び第２の加工部４に関しても同様の手順である。
【００６９】図２〜図４において、コンベア１０は一定の速度で図中左の方向（Ｄ矢印方向）に移動している。コンベア１０及びレールガイド１０１ａを介してレール１０ａの上には台車１０１が配置され、台車１０１はコンベア１０上にある爪１０ｃによってコンベア１０と一体となって移動する。台車１０１が位置決めセンサ１００の位置に移動してくると、位置決めセンサ１００がこれを検知し、検出信号を制御手段５に送る。ここで制御手段５は以下の一連の作業を位置決め機構１５に指令する。まず、位置決めセンサ１００が台車１０１を検出すると、コンベア１０を停止させる。このとき、台車１０１は毎回ほぼ一定位置に停止する。エンジンブロック９は台車１０１の上に載せられ、コンベア１０の下方に配置された位置決め機構１５によりロケートピン１５ａがエンジンブロック９のロケート穴１５ｂに挿入されることにより上昇するため、エンジンブロック９はコンベア１０及びレール１０ａから切放される。次に、上方から押圧し固定するクランプ機構１６により計測ヘッド１２と所定の相対位置関係が決定される。
【００７０】（位置決め手順（２））図３において、位置決め機構１５を下降させることにより、ロケートピン１５ａがロケート穴１５ｂから離れ、エンジンブロック９は台車１０１と一体となってコンベア１０の上に載せられる。さらに、位置決め機構１５が下降し初期位置に戻ると、制御手段５はコンベア１０を起動する指令を出力する。エンジンブロック９と一体となった台車１０１は再びコンベア１０により図中左の方向に移動する。
【００７１】以上が第１実施例の作用の説明であるが、本実施例のようにチャンバー１０４の容積を容積計測手順（１）のように求める代りに、次に述べる第２実施例により容積計測手順（２）のようにして求めることもできる。
【００７２】（チャンバー容積の計測手順（２））図２２R>２には、本発明の第２実施例を示す。
【００７３】以上説明してきたチャンバー１０４の容積の計測手順は図２２に示すような第２実施例によっても実現することができる。
【００７４】図２２は、第２実施例における制御手段５の構成を示している。図２２と図１４との構成上の差異をまず述べる。図２２において、点線Ｈで示す部分以外は図１４の構成と同一である。点線Ｈ内においてＣＰＵ部４９からの出力信号は点線Ｈ内のカウンター部６１への制御信号である。マイク２７ｂからの音圧信号はアンプ６０、第１のフィルター５３、第１のＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ ＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）回路６２を通った後、加算器５５に伝達される。同様にマイク２７ａからの音圧信号はアンプ６０、第２のフィルター５４、第２のＰＬＬ回路６３を通った後、加算器５５に伝達される。加算器５５でこれら２つの信号を加算したのち、アンプ５９に伝達されるため、信号の流れに関するループが形成される。また第１のＰＬＬ回路６２及び第２のＰＬＬ回路６３からの出力信号はおのおのカウンター部６１に伝達され２つの信号の共鳴周波数ｆ1 及びｆ2 が演算される。これら周波数信号はＣＰＵ部４９に伝達される。
【００７５】ここでＰＬＬ回路とは位相同期回路のことであり、第１のＰＬＬ回路６２は、予め前記（２）式で求められる管１８の共鳴周波数ｆ2 付近でロックするように設定される。同様に、第２のＰＬＬ回路６３は、予め前記（１）式で求められる共鳴周波数ｆ1 付近をロックするように設定される。２つの共鳴周波数ｆ1 ，ｆ2 から予めデータマップ６６に蓄えておいた、データを参照し、チャンバー１０４の容積Ｖを求める。データマップ６６としては、第１実施例と同様に図２０に示したものが用いられる。
【００７６】図２３及び図２４には、本発明の第３実施例を示す。
【００７７】本実施例は、音源を密閉用治具側に取付けたものである。
【００７８】密閉用治具１７と管１８の所定の部位には、マイク取付け穴２６が形成され、また密閉用治具１７には音源取付け穴２５が形成されている。そして密閉用治具１７側に音源が取付けられるようになっている。本構成は、前記図５（第１実施例）に対し、管１８に音源を配置するスペースがないエンジン機種に関し、本発明を適用することができる構成である。
【００７９】図２５及び図２６には、本発明の第４実施例を示す。この実施例は、完成車に適用したものである。点火プラグ穴１１２のねじ部に第２の管１８ａをねじ込み、さらに第１実施例等に示した管１８を挿入し、エンジン１１９の点火タイミングをタイミングライト１１８で計測できるように角度が刻まれているウォータプーリ１１４に同軸に配置された角度検出器１１３を組合わせ、完成車で前記第１実施例等と同様の計測ができるようにしたものである。なお、１２７はエンジンカバー、１１０は冷却水の通路であるウォータジャケット、１０８はピストン、１０９はピストンリング、１１１はカムである。
【００８０】まず角度検出器１１３をウォータープーリ１１４に同軸に装着しエンジン１１９を運転する。点火タイミング検出器１２０の点火パルス信号はコンピュータ１１５に取込まれる。そして作業者がタイミングライト１１８を用いてウォータープーリ１１４の刻印から現在の点火時期を読取りその数値をコンピュータ１１５に入力する。コンピュータは点火タイミング検出器１２０からの信号と作業者が入力した点火時期とから、点火時期０°すなわち第１気筒のピストン１０８が上死点に位置する時期を知ることができる。このタイミングをもって角度検出器１１３の連続パルス信号を０°として記憶する。この作業のあとは角度検出器１１３からの連続パルス信号により、エンジン１１９の第２から第４気筒の上死点を知ることができる。次にエンジン１１９を停止させ、十分に時間がたった後計測したい気筒の点火プラグ１０２を抜取り、第２の管１８ａの点火プラグ穴１１２のねじ部にねじ込みさらに管１８を第２の管１８ａの上部に挿入する。本構成において管を２つに分割したのは、管１８ａを点火プラグ穴１１２にねじ込む時に、マイク２７ｂ及び音源３０の信号ケーブルがねじれるのを防止するためである。また本構成ではマイクは１つ用いるが、取付スペースに余裕がある場合は、マイクは２つ用いてもよい。また、不図示のクランクシャフトを回転させ、各気筒を上死点に移動させる手段としてウォータプーリー１１４の中心穴に挿入するクランクハンドル１２６を用いる。
【００８１】本実施例の効果を簡単に説明する。車両のエンジン各部品は長時間の走行によりシリンダ、バルブシートの摩耗やチャンバー内部へのカーボンの付着等によりチャンバー容積が変化し、そのため新車時のエンジン性能に比べて性能が劣化することが多い。本実施例はこのような問題を解決することが可能である。即ち、本実施例は、主に自動車整備工場等で車両の点検時にエンジン１１９の各気筒のチャンバー容積を計測し、この計測値に基づいてエンジンの点火時期、燃料噴射タイミング等エンジン特性を最適になるように各気筒ごとに細かいチューニングを行うのに好適である。
【００８２】なお本実施例では、恒温槽を用いていないが、さらに高精度が必要であるときは車両を恒温槽に入れて計測してもよい。そして、本実施例では、（イ）車両性能の経時的低下が防止できる。（ロ）従来の空気圧の変化を計測する手法において完全な気密が不可能であるため精度を確保するのが困難であったが、本実施例では不十分な気密でも高精度に計測が可能であるという２つの特有の効果が得られる。
【００８３】図２７及び図２８には、本発明の第５実施例を示す。
【００８４】本実施例は、移動台１１の端部にマスター計測ヘッド１２２を配置し、さらにマスターチャンバー１２１を配置した構成としたものである。マスター計測ヘッド１２２は計測ヘッド１２と全く同一であり、マスターチャンバー１２１はチャンバー１０４と同一部材で形成され、形状は設計時の要求精度を管理された形状である。また、両者の位置は計測ヘッド１２をシリンダーボア１２３に挿入したときと同じに装着される。本実施例においては、マスター計測ヘッド及び計測ヘッド１２が同一の温度環境に配置されるために、恒温槽を用いなくても高精度に計測を行うことができるという効果を生じる。本実施例におけるチャンバー加工代計算のフローチャートを図２８に示す。Ｖ１からＶ４の容積計測と同様にマスターチャンバー１２１の容積Ｖ０を計測する（ステップ８９）。そして４つのチャンバー１０４の容積１〜Ｖ４の中から最大容積を計算し、Ｖmax の名前でメモリに保存する（ステップ７２）。容積Ｖmax に対するＶ１からＶ４の容積偏差Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４を計算する（ステップ７３）。そして、この実施例ではマスターチャンバー１２１の容積Ｖ０が設計容積ゆえに前記図１７のＶref に 当するので、Ｖ０とＶmaとの偏差をＹ１として、これをメモリに保存する（ステップ９０）。その他の計測加工などの手順は、第１実施例の場合と同様である。
【００８５】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば、エンジンブロックにおける各チャンバーの開口部を気密にする気密手段と、この気密手段で気密にされた各チャンバーの閉空間内に音圧を印加する音圧発生手段と、この音圧発生手段で印加された各チャンバー内の音圧を検出する音圧検出手段と、この音圧検出手段の検出信号からヘルムホルツ共鳴周波数を検出するヘルムホルツ共鳴検出手段と、このヘルムホルツ共鳴検出手段で検出されたヘルムホルツ共鳴周波数に基づいて各チャンバーの容積を演算し、所望の容積値との偏差量を求める偏差量演算手段と、この偏差量演算手段で求められた偏差量に従って各チャンバーを所要量切削する切削手段とを具備させたため、シリンダヘッド一体型のエンジンブロックでも全てのチャンバーの容積計測が可能となり、さらには気密が不完全でも全てのチャンバーの容積を高い精度で計測することができる。そしてこの計測結果得た所望の容積値との偏差量に基づいて各チャンバーを所定値に加工することができる。したがって各気筒間偏差を高精度に吸収することが可能となってエンジン性能を顕著に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエンジンブロック加工装置の第１実施例における装置全体のレイアウトを示す図である。
【図２】図１における計測部の構成を示す図である。
【図３】図２の計測部に対するエンジンブロックの位置決め機構を示す図である。
【図４】図３の上面図である。
【図５】図２の計測部における計測ヘッドを詳細に示す斜視図である。
【図６】図５の計測ヘッドがシリンダーボアに挿入された状態を示す図である。
【図７】図５の計測ヘッドにおけるヘルムホルツ共鳴器の上面図である。
【図８】図７のヘルムホルツ共鳴器の側面断面図である。
【図９】図７のヘルムホルツ共鳴器におけるマイク取付け部を拡大して示す図である。
【図１０】図７のヘルムホルツ共鳴器における音源取付け部を拡大して示す図である。
【図１１】図３の位置決め機構におけるバルブ吸引ユニットの構成を示す図である。
【図１２】図１中の第１の加工部の構成を示す図である。
【図１３】図１中の第２の加工部の構成を示す図である。
【図１４】図１中の制御手段の構成を示すブロック図である。
【図１５】ヘルムホルツ共鳴器の動作原理を説明するための図である。
【図１６】エンジンブロックの製造工程を示すフローチャートである。
【図１７】チャンバーの加工量を演算する手法のフローチャートである。
【図１８】第１の加工部の動作を制御するための制御フローチャートである。
【図１９】第２の加工部の動作を制御するための制御フローチャートである。
【図２０】図１４中のデータマップにおいてヘルムホルツ共鳴周波数に基づいてチャンバーの容積を求めるマップ内容の一例を示す図である。
【図２１】図１４の制御手段において求められる２つの共鳴周波数を求めるための振幅伝達関数の一例を示す図である。
【図２２】本発明の第２実施例における制御手段を示すブロック図である。
【図２３】本発明の第３実施例におけるヘルムホルツ共鳴器の上面図である。
【図２４】図２３の側面断面図である。
【図２５】本発明の第４実施例における要部縦断面図である。
【図２６】第４実施例における計測制御系を示す系統図である。
【図２７】本発明の第５実施例における計測部の構成を示す図である。
【図２８】第５実施例においてチャンバーの加工量を演算する手法のフローチャートである。
【符号の説明】
１ 計測部
３ 第１の加工部
４ 第１の加工部とともに切削手段を構成する第２の加工部
９ エンジンブロック
１９ 気密機構（気密手段）
２７ａ，２７ｂ マイク（音圧検出手段）
３０ 音源（音圧発生手段）
４９ 第１、第２のフィルタとともにヘルムホルツ共鳴検出手段を構成するＣＰＵ部
５０ 演算部（偏差量演算手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】 それぞれ開口された少なくとも２つのチャンバーを有するエンジンブロックにおける当該チャンバーの容積を所定値に加工するエンジンブロック加工装置であって、前記各チャンバーの開口部を気密にする気密手段と、該気密手段で気密にされた前記各チャンバーの閉空間内に音圧を印加する音圧発生手段と、該音圧発生手段で印加された前記各チャンバー内の音圧を検出する音圧検出手段と、該音圧検出手段の検出信号からヘルムホルツ共鳴周波数を検出するヘルムホルツ共鳴検出手段と、該ヘルムホルツ共鳴検出手段で検出されたヘルムホルツ共鳴周波数に基づいて前記各チャンバーの容積を演算し、所望の容積値との偏差量を求める偏差量演算手段と、該偏差量演算手段で求められた偏差量に従って前記各チャンバーを所要量切削する切削手段とを有することを特徴とするエンジンブロック加工装置。
【請求項１】 それぞれ開口された少なくとも２つのチャンバーを有するエンジンブロックにおける当該チャンバーの容積を所定値に加工するエンジンブロック加工装置であって、前記各チャンバーの開口部を気密にする気密手段と、該気密手段で気密にされた前記各チャンバーの閉空間内に音圧を印加する音圧発生手段と、該音圧発生手段で印加された前記各チャンバー内の音圧を検出する音圧検出手段と、該音圧検出手段の検出信号からヘルムホルツ共鳴周波数を検出するヘルムホルツ共鳴検出手段と、該ヘルムホルツ共鳴検出手段で検出されたヘルムホルツ共鳴周波数に基づいて前記各チャンバーの容積を演算し、所望の容積値との偏差量を求める偏差量演算手段と、該偏差量演算手段で求められた偏差量に従って前記各チャンバーを所要量切削する切削手段とを有することを特徴とするエンジンブロック加工装置。
【図２】
【図５】
【図１】
【図３】
【図４】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１５】
【図６】
【図７】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２１】
【図２３】
【図１４】
【図１６】
【図１７】
【図１９】
【図２４】
【図１８】
【図２０】
【図２２】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図５】
【図１】
【図３】
【図４】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１５】
【図６】
【図７】
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【図１２】
【図１３】
【図２１】
【図２３】
【図１４】
【図１６】
【図１７】
【図１９】
【図２４】
【図１８】
【図２０】
【図２２】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【公開番号】特開平５−８７６１０
【公開日】平成５年（１９９３）４月６日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平３−２４９６４６
【出願日】平成３年（１９９１）９月２７日
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【公開日】平成５年（１９９３）４月６日
【国際特許分類】
【出願日】平成３年（１９９１）９月２７日
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
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