JP2882344B2 - Valve mechanism for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関用の吸気
弁又は排気弁としてそなえられてポペット弁（きのこ型
弁）とバルブスプリングリテーナ取付用のコッタ（リテ
ーナロック）とを有する内燃機関用弁機構に関し、特
に、弁とこの弁外周に外嵌されるコッタとを互いにヤン
グ率の異なる材料で形成されたものに用いて好適の、内
燃機関用弁機構に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a valve for an internal combustion engine which is provided as an intake or exhaust valve for an internal combustion engine and has a poppet valve (mushroom type valve) and a cotter (retainer lock) for mounting a valve spring retainer. More particularly, the present invention relates to a valve mechanism for an internal combustion engine, which is suitable for using a valve and a cotter externally fitted on the outer periphery of the valve with materials having different Young's moduli.
【０００２】[0002]
【従来の技術】内燃機関の性能向上のために内燃機関の
高速回転化が図られているが、このような内燃機関の高
速回転化に対応するためには、動弁系の慣性質量の低減
が重要である。特に、動弁系の中でも大きな質量を占め
る吸気弁や排気弁等の弁本体の軽量化は、内燃機関の高
速回転化に極めて効果が大きい。2. Description of the Related Art In order to improve the performance of an internal combustion engine, the speed of the internal combustion engine has been increased. In order to cope with such an increase in the speed of the internal combustion engine, the inertial mass of a valve train must be reduced. is important. In particular, reducing the weight of a valve body such as an intake valve or an exhaust valve, which occupies a large mass in a valve train, is extremely effective in increasing the speed of the internal combustion engine.
【０００３】そこで、例えばβ型チタン合金を材料とし
た吸気弁などの内燃機関用弁と、炭素鋼等の鉄系金属や
非鉄系金属を材料としたコッタとを有する内燃機関用弁
機構が開発されている。このような内燃機関の動弁系
は、例えば図４（内燃機関のシリンダヘッド部分の横断
面図における内燃機関の動弁系を示す断面図）に示すよ
うに構成される。Accordingly, a valve mechanism for an internal combustion engine having a valve for an internal combustion engine such as an intake valve made of a β-type titanium alloy and a cotter made of a ferrous metal or a non-ferrous metal such as carbon steel has been developed. Have been. Such a valve train of an internal combustion engine is configured, for example, as shown in FIG. 4 (a cross-sectional view showing a valve train of the internal combustion engine in a cross-sectional view of a cylinder head portion of the internal combustion engine).
【０００４】図４及びその要部側面図である図５におい
て、１０はシリンダヘッドであり、下部に燃焼室１１の
上面部１１Ａが形成され、この燃焼室上面部１１Ａに通
じるように吸気ポート１２及び排気ポート１３が形成さ
れている。そして、吸気ポート１２の燃焼室側開口１１
Ｂに吸気弁１４が、排気ポート１３の燃焼室側開口１１
Ｃに排気弁１５がそれぞれそなえられている。In FIG. 4 and FIG. 5 which is a side view of a main part thereof, reference numeral 10 denotes a cylinder head which has an upper surface 11A of a combustion chamber 11 formed at a lower portion thereof, and an intake port 12 which communicates with the upper surface 11A of the combustion chamber. And an exhaust port 13 are formed. Then, the combustion chamber side opening 11 of the intake port 12
B has an intake valve 14 and an exhaust port 13 opening 11
C is provided with an exhaust valve 15.
【０００５】これらの吸気弁１４及び排気弁１５は、バ
ルブ軸部１６の一端（図中、下端）に、開口１１Ｂ，１
１Ｃを開閉する弁体としてのバルブ傘部１７をそなえた
ポペット弁で構成され、シリンダヘッド１０にそなえら
れたバルブガイド１８に摺動自在に嵌挿されている。ま
た、開口１１Ｂ，１１Ｃにはバルブ傘部１７の整合する
バルブシート１９がそなえられる。The intake valve 14 and the exhaust valve 15 are provided at one end (lower end in the figure) of a valve shaft 16 with openings 11B, 1B.
It is composed of a poppet valve having a valve head 17 as a valve element for opening and closing 1C, and is slidably fitted in a valve guide 18 provided in the cylinder head 10. The openings 11B and 11C are provided with a valve seat 19 with which the valve head 17 is aligned.
【０００６】ここでは、これらの吸気弁１４及び排気弁
１５のうち、よりバルブ傘部の直径が大きく軽量化を要
求される吸気弁１４についてはチタン合金製に、また、
比較的バルブ傘部の直径が小さい排気弁１５については
耐熱合金製になっている。このような吸気弁１４及び排
気弁１５の動弁系は、図示しないクランクシャフトに連
動してクランクシャフトの二分の一の回転速度で回転す
るカムシャフト２０Ａ，２０Ｂと、これらのカムシャフ
ト２０Ａ，２０Ｂに設けられたカム２１Ａ，２１Ｂ及び
バルブ軸部１６の他端（図中、上端）にそれぞれ当接し
ながらカム２１Ａ，２１Ｂの形状に応じて揺動するロッ
カアーム２２Ａ，２２Ｂと、吸気弁１４，排気弁１５を
閉方向（図中、上方）へ付勢するバルブスプリング２３
Ａ，２３Ｂとをそなえている。Here, among the intake valve 14 and the exhaust valve 15, the intake valve 14 having a larger diameter of the valve head and required to be reduced in weight is made of a titanium alloy.
The exhaust valve 15 having a relatively small diameter of the valve head is made of a heat-resistant alloy. Such a valve train of the intake valve 14 and the exhaust valve 15 includes camshafts 20A and 20B that rotate at a half rotational speed of the crankshaft in conjunction with a crankshaft (not shown), and camshafts 20A and 20B. The rocker arms 22A and 22B swing according to the shapes of the cams 21A and 21B while contacting the other ends (upper ends in the figure) of the cams 21A and 21B and the valve shaft portion 16 provided on the camshaft, the intake valve 14, and the exhaust. Valve spring 23 for urging valve 15 in the closing direction (upward in the figure)
A, 23B.
【０００７】このうちバルブスプリング２３Ａ，２３Ｂ
は、シリンダヘッド１０側の座面２４Ａ，２４Ｂとバル
ブ軸部１６の上端部との間に圧縮状態で介装されてい
る。特に、バルブスプリング２３Ａ，２３Ｂの上端は、
バルブスプリングリテーナ２５及びコッタ２６を介して
バルブ軸部１６の上端部に係止されている。コッタ２６
は、図５に示すように、その内周面２６Ａに形成された
環状嵌合凸部２６Ｂを、バルブ軸部１６の上端部外周に
おけるコッタ２６との嵌合面１６Ａに形成された環状嵌
合溝部１６Ｂ内に嵌合させることにより、軸方向へ抜け
ることなくバルブ軸部１６の外周に嵌着される。The valve springs 23A, 23B
Is mounted in a compressed state between the seating surfaces 24A, 24B on the cylinder head 10 side and the upper end of the valve shaft 16. In particular, the upper ends of the valve springs 23A and 23B
It is locked to the upper end of the valve shaft 16 via a valve spring retainer 25 and a cotter 26. Cotter 26
As shown in FIG. 5, an annular fitting projection 26B formed on an inner peripheral surface 26A is formed on an annular fitting surface 16A formed on a fitting surface 16A with the cotter 26 on the outer periphery of an upper end portion of the valve shaft portion 16. By fitting into the groove 16B, it is fitted to the outer periphery of the valve shaft 16 without coming off in the axial direction.
【０００８】このコッタ２６の外周面２６Ｃは、下方の
バルブ傘部１７へ向けて次第に縮径したテーパ面状に形
成され、バルブスプリングリテーナ２５の内周面２５Ａ
は、このコッタ２６の外周面２６Ｃと整合するように下
方のバルブ傘部１７へ向けて次第に縮径したテーパ面状
に形成されている。そして、バルブスプリングリテーナ
２５は、その内周面２５Ａをコッタ２６の外周面２６Ｃ
に当接させるようにして装備され、バルブスプリング２
３Ａ，２３Ｂを圧縮状態に保持している。The outer peripheral surface 26 C of the cotter 26 is formed in a tapered surface shape whose diameter is gradually reduced toward the lower valve head 17, and the inner peripheral surface 25 A of the valve spring retainer 25 is formed.
Is formed in a tapered shape whose diameter is gradually reduced toward the lower valve head 17 so as to be aligned with the outer peripheral surface 26C of the cotter 26. The valve spring retainer 25 has an inner peripheral surface 25A that is
Equipped with a valve spring 2
3A and 23B are held in a compressed state.
【０００９】さらに、内燃機関用弁機構を構成する弁１
４又は１５がチタン合金製であるのに対して、内燃機関
用弁機構を構成するコッタ２６は、炭素鋼で形成されて
いる。また、コッタ２６の表面には例えば黒染め処理
（鉄材の表面に四酸化鉄の被膜を施し、防錆、なじみ、
識別等に利用される）が施されている。Further, a valve 1 constituting a valve mechanism for an internal combustion engine is provided.
Whereas 4 or 15 is made of a titanium alloy, the cotter 26 constituting the valve mechanism for the internal combustion engine is formed of carbon steel. Further, the surface of the cotter 26 is, for example, blackened (iron tetroxide coating is applied to the surface of the iron material to prevent rust, conformity,
(Used for identification, etc.).
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の内燃
機関の動弁系では、内燃機関用弁機構を構成する吸気弁
１４はβ型チタン合金で形成されるが、内燃機関用弁機
構を構成するコッタ２６は、それほど軽量化の要求がな
いため安価な炭素鋼で形成される。チタン合金製の吸気
弁１４と炭素鋼製のコッタ２６との接触部には、フレッ
ティング摩耗が発生する。これは、チタン合金と炭素鋼
とはヤング率が異なるため、荷重変動や機関温度変化等
に伴ってチタン合金製の吸気弁１４と炭素鋼製のコッタ
２６との接触部で微小な滑りの繰り返しが生じるように
なり、接合面に酸化金属の粉末を発生させ、この進行に
より接合面が損傷し、フレッティング摩耗と称される表
面損傷が発生する。By the way, in the above-described valve train of the internal combustion engine, the intake valve 14 constituting the valve mechanism for the internal combustion engine is formed of a β-type titanium alloy. The cotter 26 is made of inexpensive carbon steel because it does not require much weight reduction. Fretting wear occurs at the contact portion between the intake valve 14 made of titanium alloy and the cotter 26 made of carbon steel. This is because the titanium alloy and the carbon steel have different Young's moduli, so that small slippage occurs repeatedly at the contact portion between the intake valve 14 made of the titanium alloy and the cotter 26 made of the carbon steel due to load fluctuation, engine temperature change, and the like. Occurs, and powder of metal oxide is generated on the joint surface, and the progress damages the joint surface, causing surface damage called fretting wear.
【００１１】β型チタン合金製の吸気弁１４と炭素鋼製
のコッタ２６との間におけるフレッティング摩耗は、互
いの接触部、即ち吸気弁１４のバルブ軸部１６の外周面
（嵌合面）１６Ａと、コッタ２６の内周面２６Ａとの間
で発生するが、フレッティング摩耗の進行に伴い、図５
に示す箇所の近傍にクラック２７が発生する。なお、疲
労試験，耐久試験等において実際に折損に至るケースが
発生した。Fretting wear between the intake valve 14 made of β-type titanium alloy and the cotter 26 made of carbon steel is caused by the mutual contact, that is, the outer peripheral surface (fitting surface) of the valve shaft 16 of the intake valve 14. 16A and the inner peripheral surface 26A of the cotter 26. However, with the progress of fretting wear, FIG.
A crack 27 is generated in the vicinity of the location shown in FIG. In some cases, breakage actually occurred in fatigue tests, durability tests, and the like.
【００１２】図５中に符号２７で示すように、バルブ軸
部１６では、バルブ軸部１６外周のコッタ２６との嵌合
面１６Ａにおけるバルブ傘部側（図５中下方側）端部近
傍にフレッティング摩耗によるクラック２７が生じる。
これは、楔状断面を有するコッタ２６の先端（即ち、図
５中の下端）部からフレッティング摩耗が始まり、繰り
返し回数が増えるのに応じて、軸に沿ってやや内方に位
置した部分で応力の一番大きな箇所（図５に示すように
コッタ２６の先端より少し中に入ったところ）にクラッ
ク２７が生じ折損することになる。As indicated by reference numeral 27 in FIG. 5, in the valve shaft portion 16, a portion near the end of the valve head portion (lower side in FIG. 5) on the fitting surface 16A of the outer periphery of the valve shaft portion 16 with the cotter 26 is provided. Cracks 27 occur due to fretting wear.
This is because the fretting wear starts from the tip (ie, the lower end in FIG. 5) of the cotter 26 having a wedge-shaped cross section, and as the number of repetitions increases, the stress at the portion located slightly inward along the axis increases. The crack 27 occurs at the largest portion of the cotter (as shown in FIG. 5, which is slightly inside the tip of the cotter 26), and is broken.
【００１３】ここで、β型チタン合金製の吸気弁１４と
同じ成分のβ型チタン合金によりコッタ２６を形成する
ことも考えられるが、コストが高くなり、経済的でな
い。本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、バ
ルブ軸部におけるコッタとの接触部分のフレッティング
摩耗を抑制し、クラックの発生を防止できるようにし
て、一般的な炭素鋼とは異なるチタン合金等の材料で形
成された吸気弁や排気弁の疲労強度を向上させることが
できるようにした、内燃機関用弁機構を提供することを
目的とする。Here, it is conceivable that the cotter 26 is formed of a β-type titanium alloy having the same composition as the intake valve 14 made of the β-type titanium alloy, but this increases the cost and is not economical. The present invention has been made in view of the above-described problem, and suppresses fretting wear of a contact portion with a cotter in a valve shaft so as to prevent occurrence of cracks, and is different from general carbon steel. An object of the present invention is to provide a valve mechanism for an internal combustion engine, which can improve the fatigue strength of an intake valve and an exhaust valve formed of a material such as a titanium alloy.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】このため、本発明の内燃
機関用弁機構は、内燃機関における吸気弁又は排気弁と
してそなえられてバルブ軸部を有するポペット弁と、該
ポペット弁の該バルブ軸部に外嵌されたバルブスプリン
グリテーナ取付用のコッタとを有する内燃機関用弁機構
において、該ポペット弁が低含有率のアルミニウムを含
有したチタン合金材料により形成されるとともに、該コ
ッタが炭素鋼を材料として形成され且つ燐酸マンガン系
被膜の表面処理を施されていることを特徴としている。Accordingly, a valve mechanism for an internal combustion engine according to the present invention includes a poppet valve having a valve shaft provided as an intake valve or an exhaust valve in an internal combustion engine, and a valve shaft of the poppet valve. A valve mechanism for an internal combustion engine having a cotter for mounting a valve spring retainer externally fitted to the portion, wherein the poppet valve is formed of a titanium alloy material containing a low content of aluminum, and the cotter is made of carbon steel. It is characterized by being formed as a material and being subjected to a surface treatment of a manganese phosphate-based coating.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の実施
の形態について説明する。図１〜図３は本発明の一実施
形態としての内燃機関用弁機構を説明するためのもので
ある。この実施形態の内燃機関用弁機構は、図４を参照
して従来技術として既に説明したように、内燃機関にお
ける吸気弁１４を有する内燃機関用弁機構，排気弁１５
を有する内燃機関用弁機構の両方又は一方に用いられる
ものである。このような内燃機関用弁機構を構成する弁
の材料としては、β型チタン合金が用いられている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 3 illustrate a valve mechanism for an internal combustion engine as one embodiment of the present invention. The valve mechanism for an internal combustion engine according to this embodiment includes a valve mechanism for an internal combustion engine having an intake valve 14 and an exhaust valve 15 as described above with reference to FIG.
This is used for both or one of the internal combustion engine valve mechanisms. As a material of a valve constituting such a valve mechanism for an internal combustion engine, a β-type titanium alloy is used.
【００１６】図４に示すように、吸気弁１４又は排気弁
１５の動弁系は、図示しないクランクシャフトの二分の
一の回転速度で回転するカムシャフト２０Ａ，２０Ｂ
と、これらのカムシャフト２０Ａ，２０Ｂのカム２１
Ａ，２１Ｂ及びバルブ軸部１６の他端（図中、上端）に
それぞれ当接しながらカム２１Ａ，２１Ｂの形状に応じ
て揺動するロッカアーム２２Ａ，２２Ｂと、吸気弁１
４，排気弁１５を閉方向（図中、上方）へ付勢するバル
ブスプリング２３Ａ，２３Ｂとをそなえている。As shown in FIG. 4, the valve system of the intake valve 14 or the exhaust valve 15 includes camshafts 20A and 20B which rotate at a half rotational speed of a crankshaft (not shown).
And the cams 21 of these camshafts 20A and 20B.
Rocker arms 22A and 22B that swing according to the shapes of the cams 21A and 21B while abutting against the other ends (upper ends in the figure) of the valve shaft 16 and the intake valves 1A and 21B, respectively.
4, valve springs 23A and 23B for urging the exhaust valve 15 in the closing direction (upward in the figure).
【００１７】そして、バルブスプリング２３Ａ，２３Ｂ
の上端は、バルブスプリングリテーナ２５及びコッタ
（リテーナロック）２６を介してバルブ軸部１６の上端
部に係止されているが、コッタ２６は、図１に示すよう
に、その内周面２６Ａに形成された環状嵌合凸部２６Ｂ
を、バルブ軸部１６の上端部外周におけるコッタ２６と
の嵌合面１６Ａに形成された環状嵌合溝部１６Ｂ内に嵌
合させることにより、軸方向へ抜けることなくバルブ軸
部１６の外周に嵌着される。The valve springs 23A and 23B
Is locked to the upper end of the valve shaft 16 via a valve spring retainer 25 and a cotter (retainer lock) 26. The cotter 26 has an inner peripheral surface 26A as shown in FIG. The formed annular fitting projection 26B
Is fitted in an annular fitting groove 16B formed in a fitting surface 16A with the cotter 26 at the outer periphery of the upper end of the valve shaft 16 so that the outer periphery of the valve shaft 16 can be fitted without coming off in the axial direction. Be worn.
【００１８】また、コッタ２６の外周面２６Ｃは、下方
のバルブ傘部１７へ向けて次第に縮径したテーパ面状に
形成され、バルブスプリングリテーナ２５の内周面２５
Ａは、このコッタ２６の外周面２６Ｃと整合するように
下方のバルブ傘部１７へ向けて次第に縮径したテーパ面
状に形成されており、バルブスプリングリテーナ２５
は、その内周面２５Ａをコッタ２６の外周面２６Ｃに当
接させるようにして装備され、バルブスプリング２３
Ａ，２３Ｂを圧縮状態に保持している。The outer peripheral surface 26 C of the cotter 26 is formed in a tapered surface shape whose diameter is gradually reduced toward the lower valve head 17, and the inner peripheral surface 25 C of the valve spring retainer 25 is formed.
A is formed in a tapered surface shape whose diameter is gradually reduced toward the lower valve head 17 so as to be aligned with the outer peripheral surface 26C of the cotter 26.
Is mounted so that its inner peripheral surface 25A is brought into contact with the outer peripheral surface 26C of the cotter 26.
A and 23B are held in a compressed state.
【００１９】さらに、内燃機関用弁機構を構成する吸気
弁１４がβ型チタン合金製であるのに対して、内燃機関
用弁機構を構成するコッタ２６は、炭素鋼で形成されて
いる。このような本内燃機関用弁機構では、図１に符号
２８で示すように、内燃機関用弁機構を構成するコッタ
２６に燐酸マンガン系被膜の表面処理が施されている。
図１中では、燐酸マンガン系被膜が施されている箇所を
分かり易くするため、燐酸マンガン系被膜の厚みを拡大
して示している。Further, the intake valve 14 constituting the valve mechanism for the internal combustion engine is made of a β-type titanium alloy, whereas the cotter 26 constituting the valve mechanism for the internal combustion engine is formed of carbon steel. In such a valve mechanism for an internal combustion engine, as shown by reference numeral 28 in FIG. 1, a manganese phosphate-based coating is surface-treated on a cotter 26 constituting the valve mechanism for an internal combustion engine.
In FIG. 1, the thickness of the manganese phosphate-based coating is shown in an enlarged manner in order to make it easy to see the portion where the manganese phosphate-based coating is applied.
【００２０】なお、現状の燐酸マンガン系被膜の表面処
理では、コッタ２６の内周面２６Ａにのみ表面処理を施
すよりも、コッタ２６の表面全体に表面処理を施すほう
が容易であるため、本実施形態のように内周面２６Ａの
みならずその表面全体に燐酸マンガン系被膜処理を施す
ことが考えられるが、燐酸マンガン系被膜処理上、問題
がなければ、内周面２６Ａのみに燐酸マンガン系被膜処
理を施したり、嵌合面１６Ａの中でもフレッティング摩
耗等による損傷を招きやすい箇所、例えば嵌合面１６Ａ
におけるバルブ傘部１７側端部近傍の従来クラックがし
ばしば発生した箇所２７及びこの周囲に対応する箇所の
みに燐酸マンガン系被膜処理を施すようにしてもよい。In the present surface treatment of the manganese phosphate-based coating, it is easier to apply the surface treatment to the entire surface of the cotter 26 than to apply the surface treatment only to the inner peripheral surface 26A of the cotter 26. It is conceivable that a manganese phosphate-based coating treatment is applied not only to the inner peripheral surface 26A but also to the entire surface as in the embodiment. A place where processing is performed or damage is likely to occur due to fretting wear or the like in the fitting surface 16A, for example, the fitting surface 16A
The manganese phosphate-based coating treatment may be applied only to the portion 27 near the end of the valve head 17 on the side of the valve head 17 where cracks often occur and to the portion corresponding to the periphery.
【００２１】また、このような燐酸マンガン系被膜を施
す表面処理は、例えば、脱脂，水洗，湯洗，表面調整，
化成処理，湯洗，乾燥及び防錆油という各工程により行
なわれる。具体的には、脱脂工程では、ナトリウム，ケ
イ酸塩，燐酸塩及び界面活性剤を含んだアルカリ性の表
面処理溶剤に浸漬する処理が行なわれる。The surface treatment for providing such a manganese phosphate coating includes, for example, degreasing, water washing, hot water washing, surface conditioning,
It is carried out by chemical conversion, hot water washing, drying and rust-preventive oil. Specifically, in the degreasing step, a treatment of dipping in an alkaline surface treatment solvent containing sodium, silicate, phosphate and a surfactant is performed.
【００２２】表面調整工程では、マンガンと燐酸塩を含
んだ表面処理溶剤に浸漬し揺動させる処理が行なわれ
る。化成処理工程では、硝酸塩、マンガン、燐酸塩、鉄
分、ニッケルを含有する表面処理薬剤を適宜濃度に溶解
した表面処理溶剤に浸漬する処理が行なわれる。その
後、湯洗、乾燥工程を経て、防錆処理される。In the surface conditioning step, a process of immersing and oscillating in a surface treatment solvent containing manganese and phosphate is performed. In the chemical conversion treatment step, a treatment is performed in which a surface treatment agent containing nitrate, manganese, phosphate, iron, and nickel is dissolved at an appropriate concentration in a surface treatment solvent. Then, it is subjected to a rinsing treatment and a rust prevention treatment through a drying process.
【００２３】もちろん、このような処理工程は一例であ
り、コッタ２６の材質等に応じて最適な燐酸マンガン系
被膜の表面処理工程を採用すべきである。本発明の一実
施形態としての内燃機関用弁機構は、上述のように構成
されているので、燐酸マンガン系被膜によって、バルブ
軸部１６とコッタ２６とのなじみ性を向上させることに
より、フレッティング摩耗を抑制し、クラックの発生を
防止することができ、チタン合金製の吸気弁１４（内燃
機関用弁）の疲労強度を向上させうる効果がある。具体
的には、従来のようにコッタ２６に黒染め処理が施され
たものを使用した場合よりも疲労強度を約７％向上させ
た。Of course, such a processing step is merely an example, and an optimal surface treatment step of a manganese phosphate-based coating should be adopted according to the material of the cotter 26 and the like. Since the valve mechanism for an internal combustion engine as one embodiment of the present invention is configured as described above, the manganese phosphate-based coating improves the conformability between the valve shaft portion 16 and the cotter 26, thereby fretting. Wear can be suppressed, cracks can be prevented, and the fatigue strength of the titanium alloy intake valve 14 (internal combustion engine valve) can be improved. Specifically, the fatigue strength is improved by about 7% as compared with the case where a cotter 26 subjected to a black dyeing treatment is used as in the related art.
【００２４】ここで、各種の被膜が施されたコッタ２６
を使用して行なった疲労強度の試験結果を比較する。図
２は疲労試験の試験方法を示す図であり、表１は疲労試
験の試験結果を示す表である。なお、ここでは従来から
使用している黒染め処理を施したもの，一般にチタン合
金と相性が良い銅めっき処理を施したもの，本実施形態
において採用している燐酸マンガン系被膜処理を施した
もの及び二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）固体潤滑処理を
施したものについて試験を行なっている。疲労試験の試
験方法は、図２に示すようにコッタ２６及びバルブスプ
リングリテーナ２５とバルブ傘部１７とを引張部として
予め設定された引張荷重（矢印の方向）を繰り返して与
え、繰り返し数が１０の７乗回に耐える限界の荷重を記
録する。Here, the cotter 26 coated with various coatings
Compare the results of the fatigue strength test performed using FIG. 2 is a diagram showing a test method of a fatigue test, and Table 1 is a table showing test results of a fatigue test. Here, a black dyeing treatment conventionally used, a copper plating treatment generally compatible with a titanium alloy, and a manganese phosphate-based coating treatment used in the present embodiment are applied. Tests have been conducted on molybdenum disulfide (MoS 2 ) and solid lubricated. As shown in FIG. 2, the test method of the fatigue test is such that the cotter 26, the valve spring retainer 25, and the valve umbrella 17 are used as tension portions to repeatedly apply a preset tensile load (in the direction of the arrow). Record the limit load to withstand the 7th power.
【００２５】[0025]
【表１】 この表１によると、従来使用している黒染め処理を施し
たコッタ２６の場合には、疲労限荷重が７５０ｋｇｆで
あるのに対して、本実施形態において使用している燐酸
マンガン系被膜処理を施したコッタ２６の場合には、疲
労限荷重が８００ｋｇｆと向上しており、疲労強度が向
上することがわかる。また、銅メッキ処理を施したコッ
タ２６の場合には、疲労限荷重が６５０ｋｇｆであり、
また、二硫化モリブデン固体潤滑被膜処理を施したコッ
タ２６の場合には、疲労限荷重が７５０ｋｇｆであり、
従来使用している黒染め処理を施したコッタ２６の場合
と比較して疲労限荷重は向上せず、疲労強度は向上しな
い。[Table 1] According to Table 1, in the case of the conventionally used black dyed cotter 26, the fatigue limit load is 750 kgf, whereas the manganese phosphate-based coating treatment used in the present embodiment is not used. In the case of the applied cotter 26, the fatigue limit load is improved to 800 kgf, which indicates that the fatigue strength is improved. In the case of the cotter 26 subjected to the copper plating, the fatigue limit load is 650 kgf,
Further, in the case of the cotter 26 subjected to the molybdenum disulfide solid lubricating film treatment, the fatigue limit load is 750 kgf,
The fatigue limit load is not improved and the fatigue strength is not improved as compared with the case of the conventionally used cotter 26 subjected to the black dyeing treatment.
【００２６】したがって、特に、燐酸マンガン系被膜処
理を施した場合には、疲労強度が向上することがわか
る。次に、コッタ２６の表面粗さの影響について見てみ
ることとする。図３は表面粗さの測定箇所を示す図であ
り、表２は表面粗さの測定結果を示す表である。表面粗
さの測定箇所は、図３に示すように、コッタ２６の内周
面２６Ａであり、表面粗さは粗さ計を用いて矢印の方向
に向かって測定する。また、表面粗さの測定は、複数回
行ない、その平均値を求めている。なお、表面粗さの測
定値の単位はマイクロメートルである。Accordingly, it can be seen that the fatigue strength is improved particularly when a manganese phosphate-based coating treatment is applied. Next, the effect of the surface roughness of the cotter 26 will be examined. FIG. 3 is a diagram showing the measurement points of the surface roughness, and Table 2 is a table showing the measurement results of the surface roughness. As shown in FIG. 3, the measurement point of the surface roughness is the inner peripheral surface 26A of the cotter 26, and the surface roughness is measured in the direction of the arrow using a roughness meter. The measurement of the surface roughness is performed a plurality of times, and the average value is obtained. The unit of the measured value of the surface roughness is micrometer.
【００２７】[0027]
【表２】 この表２によると、従来から使用されている黒染め処理
を施したものについては、測定値の最小値が６．２μ
ｍ，最大値が８．３μｍになっており、その平均値は
６．７μｍになっている。銅めっき処理を施したものに
ついては、測定値の最小値が５．０μｍ，最大値が６．
２μｍになっており、その平均値は５．７μｍになって
いる。燐酸マンガン系被膜処理を施したものについて
は、測定値の最小値が４．６μｍ，最大値が６．３μｍ
になっており、その平均値は５．６μｍになっている。
二硫化モリブデン（Ｍｏ）固体潤滑被膜処理を施したも
のについては、測定値の最小値が５．４μｍ，最大値が
８．５μｍになっており、その平均値は６．４μｍにな
っている。[Table 2] According to Table 2, the minimum value of the measured value was 6.2 μM for the conventionally used black dyeing treatment.
m, the maximum value is 8.3 μm, and the average value is 6.7 μm. For the copper-plated product, the minimum value of the measured value was 5.0 μm and the maximum value was 6.
2 μm, and the average value is 5.7 μm. For the manganese phosphate-based coating, the minimum measured value was 4.6 μm and the maximum value was 6.3 μm.
, And the average value is 5.6 μm.
For the molybdenum disulfide (Mo) solid lubricating film treated, the minimum value of the measured value is 5.4 μm, the maximum value is 8.5 μm, and the average value is 6.4 μm.
【００２８】このような測定結果から、表面粗さの測定
値については、それほど大きなばらつきはなく、チタン
合金製の吸気弁１４とのなじみ性に影響を与えることは
ほとんどないと考えられる。なお、本実施形態では、コ
ッタ２６の表面全体に燐酸マンガン系被膜処理を施すよ
うにしているが、フレッティング摩耗が生じ易い部分に
のみ施すようにしてもよい。From these measurement results, it is considered that the measured value of the surface roughness does not vary so much and has little effect on the conformability with the intake valve 14 made of a titanium alloy. In the present embodiment, the manganese phosphate-based coating treatment is performed on the entire surface of the cotter 26, but may be performed only on a portion where fretting wear is likely to occur.
【００２９】[0029]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の内燃機関
用弁によれば、内燃機関における吸気弁又は排気弁とし
てそなえられてバルブ軸部を有するポペット弁と、該ポ
ペット弁の該バルブ軸部に外嵌されたバルブスプリング
リテーナ取付用のコッタとを有する内燃機関用弁機構に
おいて、該ポペット弁が低含有率のアルミニウムを含有
したチタン合金材料により形成されるとともに、該コッ
タが炭素鋼を材料として形成され且つ燐酸マンガン系被
膜の表面処理を施されるという構成により、バルブ軸部
とコッタとのなじみ性が向上し、バルブ軸部外周におけ
るフレッティング摩耗が抑制され、クラックの発生を防
止できるようになり、一般的な耐熱合金とは異なるチタ
ン合金等の材料で形成された吸気弁や排気弁の疲労強度
を向上させることができるようになる。As described above in detail, according to the valve for an internal combustion engine of the present invention, a poppet valve having a valve shaft provided as an intake valve or an exhaust valve in an internal combustion engine, and the valve of the poppet valve A valve mechanism for an internal combustion engine having a cotter for mounting a valve spring retainer externally fitted to a shaft portion, wherein the poppet valve is formed of a titanium alloy material containing a low content of aluminum, and the cotter is made of carbon steel. The material is formed as a material and the surface treatment of the manganese phosphate-based coating is performed, so that the conformability between the valve shaft and the cotter is improved, fretting wear on the outer periphery of the valve shaft is suppressed, and the occurrence of cracks is reduced. To improve the fatigue strength of intake and exhaust valves made of materials such as titanium alloys that are different from general heat-resistant alloys It becomes possible way.
【図１】本発明の一実施形態としての内燃機関用弁機構
の要部を示す側面図である。FIG. 1 is a side view showing a main part of a valve mechanism for an internal combustion engine as one embodiment of the present invention.
【図２】本発明の効果を説明する図であって、疲労試験
の試験方法を示す図である。FIG. 2 is a view for explaining the effect of the present invention and is a view showing a test method of a fatigue test.
【図３】本発明の効果を説明する図であって、表面粗さ
の測定箇所を示す図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an effect of the present invention, and is a diagram showing locations where surface roughness is measured.
【図４】従来の内燃機関の動弁系を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a valve train of a conventional internal combustion engine.
【図５】本発明の課題を説明する従来の内燃機関用弁機
構の要部側面図である。FIG. 5 is a side view of a main part of a conventional valve mechanism for an internal combustion engine for explaining the problem of the present invention.
１０はシリンダヘッド １１ 燃焼室 １１Ａ 燃焼室１１の上面部 １１Ｂ，１１Ｃ 燃焼室側開口 １２ 吸気ポート １３ 排気ポート １４ 吸気弁 １５ 排気弁 １６ バルブ軸部 １６Ａ バルブ軸部１６の嵌合面 １６Ｂ バルブ軸部１６の環状嵌合溝部 １７ バルブ傘部 １８ バルブガイド １９ バルブシート ２０Ａ，２０Ｂ カムシャフト ２１Ａ，２１Ｂ カム ２２Ａ，２２Ｂ ロッカアーム ２３Ａ，２３Ｂ バルブスプリング ２４Ａ，２４Ｂ シリンダヘッド１０側の座面 ２５ バルブスプリングリテーナ ２５Ａ バルブスプリングリテーナ２５の内周面 ２６ コッタ（リテーナロック） ２６Ａ コッタ２６の内周面 ２６Ｂ コッタ２６の環状嵌合凸部 ２６Ｃ コッタ２６の外周面 ２７ クラック（クラック発生箇所） ２８ 燐酸マンガン系被膜 Reference numeral 10 denotes a cylinder head 11 Combustion chamber 11A Upper surface of combustion chamber 11 11B, 11C Combustion chamber side opening 12 Intake port 13 Exhaust port 14 Intake valve 15 Exhaust valve 16 Valve shaft 16A Fitting surface of valve shaft 16 16B Valve shaft 16 annular fitting groove 17 valve head 18 valve guide 19 valve seat 20A, 20B camshaft 21A, 21B cam 22A, 22B rocker arm 23A, 23B valve spring 24A, 24B seating surface on cylinder head 10 side 25 valve spring retainer 25A valve Inner peripheral surface of spring retainer 25 26 Cotta (retainer lock) 26A Inner peripheral surface of cotter 26 26B Annular fitting projection of cotter 26 26C Outer peripheral surface of cotter 26 27 Crack (crack occurrence location) 28 Manganese phosphate-based coating
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−318709（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−318708（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−90611（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−202082（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−29642（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−24312（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−19012（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−38403（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F01L 3/02 F01L 3/04 F01L 3/10 C23C 22/18 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-1-318709 (JP, A) JP-A-1-318708 (JP, A) JP-A-7-90611 (JP, A) JP-A-62 202082 (JP, A) JP-A-48-29642 (JP, A) JP-A-63-24312 (JP, U) JP-A-63-19012 (JP, U) JP-A-62-38403 (JP, U) (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) F01L 3/02 F01L 3/04 F01L 3/10 C23C 22/18
Claims (1)
てそなえられてバルブ軸部を有するポペット弁と、該ポ
ペット弁の該バルブ軸部に外嵌されたバルブスプリング
リテーナ取付用のコッタとを有する内燃機関用弁機構に
おいて、 該ポペット弁がβ型チタン合金材料により形成されると
ともに、該コッタが炭素鋼を材料として形成され且つ燐
酸マンガン系被膜の表面処理を施されていることを特徴
とする、内燃機関用弁機構。1. An internal combustion engine comprising: a poppet valve provided as an intake valve or an exhaust valve in an internal combustion engine and having a valve shaft; and a cotter for mounting a valve spring retainer externally fitted to the valve shaft of the poppet valve. An engine valve mechanism, wherein the poppet valve is formed of a β-type titanium alloy material, the cotter is formed of carbon steel, and is subjected to a manganese phosphate-based coating. Valve mechanism for internal combustion engine.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP5515696A JP2882344B2 (en) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | Valve mechanism for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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| JPH09250316A JPH09250316A (en) | 1997-09-22 |
| JP2882344B2 true JP2882344B2 (en) | 1999-04-12 |
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