JP3148362B2 - 動弁機構のカム接触部構造 - Google Patents
動弁機構のカム接触部構造Info
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Description
造に係り、特にカムと摺動するカム接触部に、耐摩耗材
の被覆を施した動弁機構のカム接触部構造に関する。
動と衝撃が複合した極めて過酷な条件で使用されるた
め、動弁機構のカム接触部には高い耐久性が要求されて
いる。このような要求を満たすカム接触部構造として、
従来、摺動面にセラミック材からなる耐摩耗材を被覆し
たものが提案され、例えばそのセラミック材として窒化
クロム(CrN)またはCrNと金属クロム(Cr)の
混合物を用いた物が知られている(特開平3−1725
04)。
触部構造によれば、カム接触部は高い耐熱性及び耐摩耗
性を有し、摩耗や焼き付きといった問題に対するカム接
触部の耐久性が著しく向上する。
弁機構においては、カムとカム接触部は高い面圧で接触
し、特にカムノーズ付近がカム接触部に接触する時に
は、それらの接触面圧が高くなり、カムとカム接触部の
間に形成される潤滑油の油膜が薄くなる。このため、カ
ム及びカム接触部の摺動面が粗いと固体接触が生じて、
カムとカム接触部が摺動する際に大きな摩擦損失が生じ
ることになる。
て、このような摩擦損失を低減して内燃機関の燃費を向
上させるためには、カムの摺動面を高精度に表面処理す
ることが必要であった。この表面処理加工は高価な設備
と長い加工時間を要し、上記従来の動弁機構の大幅なコ
スト上昇を引き起こしている。
あり、カム接触部の摺動面の表面粗さを適正化して、そ
の研磨作用により摺動時にカムの面粗度を改善させて摩
擦損失を低減させる動弁機構のカム接触部構造を提供す
ることを目的とする。
転運動を行うカムと摺動して、該カムの回転運動を直線
往復運動に変換し、所定のポートを開閉弁する弁機構を
駆動する動弁機構のカム接触部の構造において、前記カ
ムと摺動するカム接触部の摺動面に、表面粗さを0.0
2μmRz乃至0.7μmRzとした窒化チタンの被覆
層を設けることにより解決される。
化チタンの被覆層は、前記カムと摺動することにより前
記カムの摺動面を研磨する。このため、カム側の摺動面
に予め高精度な表面処理を施さなくても面粗度が改善さ
れて、カム及びカム接触部における摩擦損失が低減され
る。
Rzより大きい(面が粗い)場合は、摺動により前記カ
ムが大きく摩耗して動弁機構の精度が維持できなくな
る。また、前記被覆層の表面粗さが0.02μmRzよ
り小さい(面が平滑)場合には、その表面処理コストが
高くなり、更に、カムの表面粗さも余り改善されない。
造の一実施例を組み込んだ、直打動弁系内燃機関の要部
の断面図を示す。同図において符号1は、図示しない内
燃機関のクランクシャフトの回転と同期して回転するカ
ムシャフトに設けられたカムである。
5の所定位置に組み込まれ、カムシャフトと共にカム1
が回転すると、カム1のノーズに押圧されてバルブ3を
下方向に押圧する。バルブ3の図示されない先端部には
吸気弁または排気弁を構成する弁体が設けられており、
カム1により下向きに押圧されるとその弁体が吸気ポー
トまたは排気ポートを開弁する。一方、バルブ3はその
外周に設けられたバルブスプリング4により常時上向き
に付勢されているため、カム1に下向きに押圧されてい
るときを除いて、吸気ポートまたは排気ポートは閉弁さ
れる。
ム接触部に相当するシムである。シム7は構造用炭素
鋼、構造用炭素鋼、炭素工具鋼、合金工具鋼等を母材と
し、カムと摺動する摺動面に被覆層6を有している。被
覆層6は膜圧0.5〜10μm程度の窒化チタン(Ti
N)膜で、イオンプレーティング等の物理蒸着(PV
D)または、化学蒸着(CVD)により形成される。
カム接触部として作用する他、カム1とバルブ3の高さ
方向の位置関係を調整するための部材でもある。つま
り、シム7の厚さを調整することによりカム1やバルブ
リフタ2の加工精度等による誤差を相殺することがで
き、バルブ3はこれにより開閉弁動作を精度良く行うこ
とができる。
囲を説明するための図を示す。以下、各図に基づいてシ
ムの表面粗さの適正範囲について説明する。尚、本実施
例で用いている表面粗さは、十点平均粗さ(Rz)であ
る。
場合のカムノーズの摩耗量とシムの初期表面粗さとの関
係を示す。同図において○をプロットした点は所定の摺
動条件でカムとシムを摺動させて実験的に求めた点であ
る。尚、カムとシムの摺動条件は、以下に示す通りとす
る。
オーバーヘッドカムシャフト(DOHC)、16バルブ 機関回転数 ;1000rpm 使用潤滑オイル;5W−30 オイル温度 ;80℃ 摺動時間 ;200h また、本試験に使用したカムは、合金鋳鉄チル製でその
摺動面の表面粗さは3.2μmRzである。
シムの初期表面粗さが粗いほど大きくなり、その表面粗
さが0.7μmRzを超える辺りから、急激にカムノー
ズの摩耗量が増加する。また、カムノーズは給排気バル
ブを開閉するために、ある程度の精度が要求される部位
である。このため、同図に示すカムノーズ摩耗試験の結
果から、本実施例構造のシムの摺動面における初期表面
粗さの適正範囲を求めると、0.7μmRz以下とな
る。
000rpmで回転させた時の動弁系の摩擦損失と、シ
ムの初期表面粗さとの関係を表す。同図中、実線は本実
施例構造のシムを用いた動弁系の摩擦損失を示し、二点
鎖線は、合金鋳鉄にリン酸塩皮膜を施した従来のシムを
用いた動弁系の摩擦損失を示す。
しようとする動弁系のカムシャフトを、トルク計を介し
てモータで回転させており、カムシャフトが所定の回転
数に達したときにトルク計が検出するトルクを動弁系の
摩擦損失としている。
用いた動弁系の摩擦損失は、シムの表面粗さが粗い程大
きくなり、0.7μmRzを超える辺りで従来の動弁系
における摩擦損失と等しくなる。
表面粗さが0.7μmRz以下であれば、カムノーズを
過摩耗させることなく適当に研磨して、摺動時における
摩擦損失を低減させることができる。
るためには、この摺動面を研磨する必要がある。この研
磨は、平滑な面を得ようとする程高精度な設備や、長い
加工時間を必要として、動弁系のコスト上昇を招いてし
まう。このため、本実施例においては、特に0.02μ
mRz以下の表面粗さは過剰品質であるとして除き、表
面粗さを0.02μmRz〜0.7μRzに限定してい
る。
の表面粗さを得るのに研磨を行っている。また、TiN
の被覆層が薄いため、この被覆を行っても摺動面の表面
粗さは母材の表面粗さとほとんど変わらない。このた
め、摺動面の研磨はTiNの被覆前に母材に対して行っ
ても、TiNの被覆後にこの被覆層に対して行っても良
い。
造のシムとカムとが摺動した際の摩擦損失と機関回転数
の関係を表す図を示す。
シムの母材として被覆層にリン酸塩皮膜を用いた場合を
示し、一点鎖線、二点鎖線は、それぞれ従来セラミック
系材料の被覆層として知られているCrN、及びCrN
とCrの混合皮膜を用いた場合を示している。また、同
図中実線は本実施例構造のシムを用いた動弁機構におけ
る動弁系の摩擦損失を示している。
構造のシムは、母材にSKD11を用い、摺動面にあた
る面を0.1μmRzに研磨した後イオンプレーティン
グにより4μmのTiNを被覆した構成である。また、
同図の試験を実施する前に、図5に示す条件で、カムと
シムのすり合わせを行っているため、図4に示す結果
は、カムとシムが十分に平滑化された状態での結果であ
る。
記したように耐摩耗性等の機械的強度に優れ、かつ摺動
するカムを研磨して摺動時における摩擦を低減させるよ
うに作用する。このため、図4から明らかなように、本
実施例構造のシムは、従来のいずれのシムと比べても、
動弁系に生じる摩擦損失を、全機関回転数領域において
小さく抑えることができる。
の燃費を向上させることが可能となり、同時にカムとシ
ムの摺動面における摩擦熱の発生及び摩耗が抑制され、
動弁機構の精度維持及び耐久性の向上を図ることができ
る。
成は摺動面だけとして説明したが、これに限るものでは
なく、シムの外周面及び摺動面と反対側の面等に被覆し
てもよい。これにより、シムの両面を摺動面として扱う
ことができ、組み付け時の表裏判定が不要となる。
みにTiNを被覆して、一面だけを摺動面とする場合に
は、表裏誤組み付け防止機構を設けてもよい。
示す。シム11の被服層12と反対側の、バルブリフタ
13と嵌合する部位には、凹部14が設けられている。
バルブリフタ13のシム11と嵌合する部位には、凹部
14と嵌合する凸部15が設けられている。このため、
仮にシム11の表裏を誤って組み付けようとした場合、
シム11とバルブリフタ13がうまく嵌合せず、シムの
表裏誤組み付けが防止される。
部としてシムに限定して説明したが、カム接触部はこれ
に限るものではなく、例えば、シムを使用しないバルブ
リフタの頂面やロッカーアームのパッド面等、上記のシ
ムと同様にカムと摺動する部位であればよい。
部の摺動面は、表面粗さが0.02μmRz〜0.5μ
mRzのTiNであることから、カムの表面粗さが摺動
により改善される。このため、動弁機構における摩擦損
失が大幅に低減され、内燃機関の燃費が向上する。ま
た、本発明に係る構造のカム接触部とカムとの摺動にお
いては、摩耗及び摩擦熱が抑制されることから、カム接
触部の耐久性の向上と、開閉弁タイミング精度の長期間
維持を図ることができる。
施例を組み込んだ、直打動弁系内燃機関の要部の断面図
である。
摩耗量との関係を表す図である。
損失との関係を表す図である。
と機関回転数の関係を表す図である。
示す図表である。
Claims (1)
- 【請求項1】 所定の回転運動を行うカムと摺動し
て、該カムの回転運動を直線往復運動に変換し、所定の
ポートを開閉弁する弁機構を駆動する動弁機構のカム接
触部構造において、 前記カムと摺動するカム接触部の摺動面に、表面粗さを
0.02μmRz乃至0.7μmRzとした窒化チタン
の被覆層を設けることを特徴とする動弁機構のカム接触
部構造。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15055392A JP3148362B2 (ja) | 1992-06-10 | 1992-06-10 | 動弁機構のカム接触部構造 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15055392A JP3148362B2 (ja) | 1992-06-10 | 1992-06-10 | 動弁機構のカム接触部構造 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05340213A JPH05340213A (ja) | 1993-12-21 |
JP3148362B2 true JP3148362B2 (ja) | 2001-03-19 |
Family
ID=15499398
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15055392A Expired - Lifetime JP3148362B2 (ja) | 1992-06-10 | 1992-06-10 | 動弁機構のカム接触部構造 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3148362B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100246706B1 (ko) * | 1995-06-26 | 2000-04-01 | 구라우치 노리타카 | 세라믹 슬라이딩 부품 |
US6237441B1 (en) | 1998-03-19 | 2001-05-29 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Combination of shim and cam |
JPH11303709A (ja) * | 1998-04-24 | 1999-11-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 燃料噴射ポンプ |
ES2295833T3 (es) * | 2003-03-10 | 2008-04-16 | Kabushiki Kaisha Riken | Empujavalvula nitrurado y metodo para su fabricacion. |
KR102100280B1 (ko) * | 2019-12-10 | 2020-04-13 | 김충호 | 발전소 가혹조건에서 밸브트림의 기밀 내구성 향상을 위한 제조방법 및 이를 적용한 밸브트림 |
-
1992
- 1992-06-10 JP JP15055392A patent/JP3148362B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05340213A (ja) | 1993-12-21 |
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